康宁：数据中心高性价比的端口分支方案

10/25/2018,作者：康宁光通信Jennifer Cline 和 David Hessong，著端口分支部署已经成为一种流行的¬网络工具,并推动了大规模行业对并行光学收发器的需求。如今,端口分支通常用于将40/100Gbps(40/100G)并行光学收发器，转换成四个10/25Gbps(10/25G)链接。并行端口分支有利于多链接应用,如建设大型脊-叶结构网络可以应用于现今的高密度10/25G网络。后者的任务是本文的重点。



   思科的可视化网络指数预测,从2015年到2020年，互联网协议(IP)流量的年复合增长率(CAGR)将会增加22%,由无线和移动设备的爆炸性增长所驱动。企业和云数据中心的所有数据都将增长。这种增长解释了为什么数据中心通常是最快网络速度的最早采用者，并不断地寻找保持机架和地面空间的解决方案。

   仅仅几年前,一个密度革命发生在结构化布线的世界里, 数据中心无源光纤硬件的密度已经翻倍，达到了在一个4U光纤配线架中288芯的端口数，无论是LC或MTP连接器。这个增加已经转加到交换机端，部署端口分支配置可以使一个交换机板卡在处理10G或25G网络时，达到3倍的处理能力。

   了解端口分支部署工作我们必须首先了解网络使用的收发器类型。占主导地位的高密度1Gbps(1G)和10G 收发器是增强的小型化可插拔式设计(SFP +)。随着速度增加到40G,4通道小型化可插拔式设计(QSFP)已成为高密度收发器的选择。在并行40G应用中，四个10G铜带走线进入QSFP收发器的后端，四个独立的10G光学器件通过八芯光纤从收发器前端发出光。这种设计允许40G收发器作为四个独立10G链路或一个原生40G链路运行。
  
   在并行端口上运行10G网络，第一也是最明显的好处是可以通过单个交换机线卡实现的密度。 高密度SFP +交换机线卡通常最多配备48个端口。 但是，如今您可以购买带有36个端口的高密度QSFP线卡。 如果它以分支模式运行，每个40G端口可以作为四个独立的10G端口，将线卡容量增加三倍达到144个10G端口在一个单线卡上。 图3和4显示了这种配置。
如前所述，端口分支模式下的36端口40G QSFP线卡支持总共144个10G链路，因为每个40G端口可充当4个10G链路。 为支持与传统SFP +收发器相同数量的10G链路，需要3个48端口的SFP +线卡，如图5所示。 随着10G端口容量需求量的增加，这种影响将继续增长。 对于每个装满40G线卡的机箱，在10G端口分支模式下运行，如果网络是使用传统48端口的10G SFP +线卡构建的，则需要三个机箱。 通过部署40G线卡，数据中心的占用空间大幅下降。
   除了节省空间外，这对数据中心至关重要，因此可以节省资本支出和运营支出的经济效益。 让我们首先关注通过使用标准SFP +高密度线卡部署10G网络的成本，以及使用高密度QSFP线卡部署10G网络的成本来节省资本支出。















   我们评估了一个带有8插槽机箱的场景，其中满配了36端口的QSFP线卡。线卡上装有40G并行光学收发器，以分线模式运行，机箱总端口数为1152个10G端口。使用10G SFP +线卡实现等效的10G端口容量，需要总共三个八插槽机箱和48端口的线卡。成本比较包括使用所有组件的标准列表定价的交换机机箱，线卡和相关收发器的成本。图6中的机箱成本包括所需的电源，风扇托架，监控器，系统控制器和结构模块。由于在使用SFP +收发器时支持10G端口密度所需的机箱数量增加，因此这些额外所需的组件也会增加。因此，该研究表明，在每个端口的基础上，与在多模应用的端口分支模式下部署40G端口相比，部署独立10G端口的成本几乎高出了85％。图6和7分别以图形和表格的形式显示结果。

   现在让我们评估一下对运营支出的好处。 首先，大多数供应商的40G和10G交换机机箱和线卡具有相似的功率要求。 除了上面讨论的空间节省之外，所需的功率和冷却减少约67％，因为机箱和线卡的数量减少了三分之二。 另外，我们可以节省运行收发器所需的额外功率。图8中的数据显示，在部署多模端口分支配置时，收发器功耗节省超过60％。
   除了节省空间和成本的好处之外，当您将网络速度从高密度10G（或25G）架构提高到原生40G（或100G）网络时，您在第2天即可获得额外的好处。随着网络从端口分支10G（或25G）迁移到原生40G（或100G），现有的40/100G光纤和线卡在端口分支模式下运行可以继续处理原生40/100G链路。该方法允许两代速率运行于交换机，线卡和相关的并行光学收发器中。
   由于并行光纤收发器可在8芯光纤上运行，因此考虑如何设计数据中心结构化布线以支持端口分支模式非常重要。推荐的设计包括为光学基础设施采用Base-8 MTP连接以优化光纤利用率和端口映射的解决方案。 如图9a，9b和9c所示，部署与8芯MTP连接器接口的连接允许端口分支到四个LC双工端口，用于连接到10G设备端口，这是简单和优化的解决方案。




 
   图9a和9b描绘了结构化布线设计，其中专用布线主干安装在具有40/100G和10/25G端口的设备之间。当所有四个10/25G端口都集中在一个设备单元中时，图9a非常适用，而当结构化线缆中的跳线必须到达机柜中的不同设备端口时，图9b中的布局很适用。但是，图9c通过在交叉连接位置将40G（MTP）端口分解为LC双工端口，为数据中心结构化布线提供了最大的灵活性。在中央配线区域使用交叉连接来实现，40/100G交换机的任何10/25G分支端口都可以连接到需要10/25G链路的任何设备。

   本文中的所有价值，以及未详细介绍的脊叶架构中的其他网络优势，有助于解释并行光学收发器在高密度10G和25G网络中的普及。虽然我们的重点是数据中心的以太网，但同样的方法也适用于光纤通道上的存储区域网络（SAN）。 SAN交换机线卡可与4x16GFC的并行光学QSFP收发器配合使用，可实现高密度16GFC SAN结构。这些优势解释了为什么以太网和光纤通道都有8芯光纤并行光学的选择，可以选择路线图上的所有现有速度，包括400G及更高速度。在评估部署10G或25G的选项时，由于其提供的网络和经济优势，您应该评估将并行端口进行端口分支。

关于作者：
   Jennifer Cline是康宁的即插即用系统产品线经理，负责管理公司的MTP数据中心解决方案。她之前曾在工程服务，市场营销，现场销售和市场开发方面担任过职务。 Jennifer是BICSI的成员，拥有CDD和CDCDP认证。她在北卡罗来纳州立大学获得机械工程理学学士学位。
   David Hessong目前是康宁全球数据中心市场开发经理。在公司工作期间，他曾担任过工程服务，产品线管理和市场开发的职位。大卫发表了许多行业文章，并为多个技术会议论文做出了贡献。他曾在美国和加拿大教授有关数据中心和系统设计的课程和研讨会。 David在北卡罗来纳州立大学获得化学工程理学学士学位，在印第安纳大学凯利商学院获得工商管理硕士学位。