康宁：10G到400G结构化布线指南

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导读：

8/27/2018,
升级数据中心至400G
   随着人们对于数据中心的扩建与可扩展性要求的不断增大，布线基础设施必须实现可靠性、可管理性和灵活性。部署光纤连接解决方案可以使数据中心的基础设施满足当前和未来对数据传输速率的要求—直达到400G。

400G简介
   交换机速率始终由服务器上联速率所驱动。从图1中可以看出，当服务器的速率从10G增加到100G时，交换机速率相应的也会增大以便支持端口解聚。很多网络现在将40G的端口解聚分支为4×10G端口，来增加交换机的端口密度。

   25G服务器连接现在已经开始部署…..他们将一个100G端口解聚为4×25G端口。

   随着交换机和服务器路线图的继续发展，端口将继续遵从一分为四的趋势来驱动400G的数据传输。

   虽然某些数据中心现在便已经投资了400G，但对于典型的企业数据中心来说，普遍采用400G仍还需要3~4年的时间。

   无论400G是在2020年还是在2021实现普及，从现在就开始规划，数据中心的基础设施投资便能取得CapEx（投资成本）和OpEx（运营成本）方面的优势。

图1:数据中心变革历史

现在的数据中心
对于目前的要求来说，SFP+是1-10G高密度应用的主要收发器。当以太网(Ethernet)的速度提高到40/100G，光纤通道（Fiber Channel）的速度提高到32G和以上，无限带宽(InfiniBand)提高到40G以上， QSFP便因为适用于端口解聚已经成为高密度收发器的主要选择，这与我们迁移到更高速率的需求一致。

路线图
虽然分析在数据中心内部署结构化布线系统的优势和劣势，首先要从网络设备及持续提供进化产品的主要收发器、交换机、服务器和存储器制造商开始。然而，技术路线图清楚地指出当传输速率从10G达到400G时，将会使用基于2芯光纤或基于8芯光纤的连接解决方案。

注：数据列出了截至2017年的IEEE美国电气与电子工程师学会标准协议，仅适用于以太网。光纤通道和无限带宽正在逐渐采用基于并行光学/QSFP连接的相同方法。

更多信息请阅读：
http://ethernetalliance.org/roadmap/
http://fibrechannel.org/roadmap/
http://infinibandta.org/content/pages.php?pg=technology_overview

传输类型
在传统的串行传输中，数据是通过一对光纤传输的，一条光纤发射（Tx）一条光纤接收（Rx）。在1G和10G的传输速度下，收发器的选择并非至关紧要，因为所有收发器均以相同的方式和相同的波长（1×lG或1×10G，850 nm）运行。当网络速度逐渐增加到40/100G时，市面上出现了不同（专有）的WDM技术，此后收发器的选择开始变得更为关键，因为有些收发器采用两种不同波长，而有些收发器采用四种不同波长，致使他们与IEEE批准的使用并行光学传输的SR4协议并不兼容。

并行光学传输使用并行光学接口在多条光纤上同时传输和接受数据并通常应用于中短距离传输。对于并行光学传输，40G和100G以太网接口分别具有4×10G通道和4×25G通道，每个传输方向使用4根光纤。换句话说，对于40G应用，QSFP收发器的后端连接着4路10G电信号，而4路离散的10G光信号通过8根光纤从收发器的前端发射和接收。这种设计使得一个40G收发器既可以作为4个离散的10G链路使用又可以作为一个40G链路使用。

图4:40/100G并行光学传输

类比：若将数据包比作车里的人，则这种方法是通过增加高速公路上的车道数来提升吞吐量的。增加吞吐量需要增设高速公路的车道数。车速和车上的人数保持不变。

波分复用（WDM）传输是一种使用不同波长激光在一根光纤上传输多个光信号的技术。该技术可使用单根光纤实现双向通信，也可实现容量叠加。WDM通常应用于长距离传输，这样布线节省的成本可以抵消一部分更加昂贵的收发器成本。

图5:波分复用传输

类比：若将数据包比作车里的人，则这种方法是通过增加车里的人数来提升吞吐量的。

配线架
模块化配线架具有统一的结构可以安装针对不同应用的模块和适配器面板，并具有加强光缆管理和超高密度的能力。

使用SFP+光器件的1/10G网络现状
在基于MTP®连接器的布线系统中，从1G升级到10G、40G、100G乃至400G是非常简单的。先从10G开始，在两个10G交换机间部署一根MTP主干光缆，在交换机的一端部署一个模块和/或MTP面板连接LC跳线或MTP到LC分支跳线。

图7: 1/10G的结构化布线

为40/100G而准备
当需要升级交换机时，只需将模块更换为一个MTP适配器面板。使用MTP跳线连接40/100G交换机即可完成升级。

端口分支的经济性
   端口分支部署已经成为一种非常受欢迎的网络工具，推动了整个行业对于并行光学收发器的需求。现如今，人们通常使用端口分支的方式将40/100G并行光学收发器解聚为四条10/25G链路。分支并行光学端口对于很多应用都有利，包括创建大规模脊叶(Spine-and-leaf)网络和推行高密度10/25G网络。

   为什么采用端口分支？在并行端口上运行10G网络的第一个和最明显的优势在于密度，即通过单交换机板卡可实现的密度。高密度 SFP+交换机板卡通常提供最多48个端口。但现在您可以购买拥有36个端口的高密度QSFP交换机板卡。若使用板卡端口分支方式，则每一个40G端口均可用作四个离散的10G端口，这样就三倍了板卡容量，使单个板卡达到144个10G端口的容量。

   除了能够节省数据中心至关重要的空间外，端口分支方式还可以节省初期建设成本和运营成本对初期建设成本而言，成本节省来自于前面提到过的对“每个端口部署成本“的节约。对运营成功而言，成本节省来自于如下方面：
·减少需要更多板卡、机架和收发器的耗电量；
·改善冷却成本；
·减少机架维护操作和备件使用量；
·增大密度/减少数据中心占地面积；

更不用说在网络升级时可提升便利性。操作人员仅需要提高链路一端的速度-不用全面升级所有设备。

   并行光学收发器在8根光纤上运行，因此考虑如何设计数据中心结构化布线来支持端口分支应用就变得至关重要。推荐的设计方案包括使用基于8芯的MTP®光纤连接基础架构解决方案来优化光纤利用率和端口映射。从图9a、9b和9c中可以看出，部署一个8芯MTP连接器界面的链路允许使用简单的优化解决方案将端口分解为四个LC双工端口，以便用于10G设备端口的配线连接。

   图9a和图9b描述了结构化布线设计，此时专用布线干线网安装在具有40/100G和10/25G端口的设备之间。图9a具有实用意义，当所有10/25G端口位于一个设备单元内时，图9b中的布局图对于所需结构化布线连接机柜内不同设备端口的跳接线非常有帮助。然而，图9c为数据中心结构化布线提供了最大的灵活性，可在交叉连接点将40G (MTP)端口分解为LC双工端口。在中心配线区进行交叉连接时，40/100G交换机分解得到的任何10/25G端口可被跳接到任何需要使用10/25G链路的设备。