數(shù)據(jù)中心40/100G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

　　隨著數(shù)據(jù)中心持續(xù)擴(kuò)張和可擴(kuò)展性的需求,布線基礎(chǔ)設(shè)施必須提供可靠性、可管理性和靈活性。部署一個(gè)光連接解決方案的基礎(chǔ)設(shè)施需要滿足當(dāng)前和未來(lái)的數(shù)據(jù)速率的需求。選擇光學(xué)連接類型的一個(gè)關(guān)鍵因素是可擴(kuò)展性?？蓴U(kuò)展性不僅是指數(shù)據(jù)中心額外增加的服務(wù)器,交換機(jī),或者存儲(chǔ)設(shè)備的物理擴(kuò)張,而且也指基礎(chǔ)設(shè)施的可擴(kuò)展性來(lái)支持逐漸增加的數(shù)據(jù)速率的遷移途徑。隨著技術(shù)的發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)完成，定義了數(shù)據(jù)速率如40/100G以太網(wǎng)、光纖通道(32G及更高),InfiniBand(40G及更高),布線基礎(chǔ)設(shè)施安裝如今必須提供可擴(kuò)展性以適應(yīng)更高的帶寬來(lái)支持未來(lái)的應(yīng)用。

　　速度的需求

　　1G和10G的數(shù)據(jù)速率并不足以滿足未來(lái)高帶寬應(yīng)用的需求。更高的數(shù)據(jù)數(shù)率的需求受制于很多因素。在數(shù)據(jù)中心環(huán)境中，例如交換和路由、虛擬化、匯聚和高性能計(jì)算環(huán)境，這些需要更高的網(wǎng)絡(luò)速度。此外,互聯(lián)網(wǎng)交換和服務(wù)提供商點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互聯(lián)和高帶寬應(yīng)用,如視頻點(diǎn)播將推動(dòng)從10G遷移到40/100G接口的需求。

　　IEEE 802.3ba 40G和100G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)被批準(zhǔn)

　　電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)802.3ba 40/100G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)于2010年6月批準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)提供了詳細(xì)的指導(dǎo)，40/100G的傳輸使用多模和單模光纖。標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有對(duì)CAT UTP/STP銅纜進(jìn)行指導(dǎo)。

　　OM3和OM4是唯一被納入標(biāo)準(zhǔn)的多模光纖。多模光纖在850nmVCSEL激光調(diào)整范圍利用并行光學(xué)傳輸代替串行傳輸，當(dāng)時(shí)指導(dǎo)已被開發(fā)。單模光纖指導(dǎo)利用雙路光纖波分復(fù)用(WDM)串行傳輸。40/100G多模光纖物理媒介相關(guān)(PMD)的轉(zhuǎn)化相比于單模光纖PMD的短距離互聯(lián)在數(shù)據(jù)中心中提供一個(gè)重要的價(jià)值定位。

　　并行光學(xué)傳輸,與傳統(tǒng)的串行傳輸相比,使用并行光學(xué)接口，數(shù)據(jù)同時(shí)在多條光纖上發(fā)送和接收。40/100G以太網(wǎng)接口分別是4x10G(圖1)通道在4條光纖每個(gè)方向和10x10G(圖2)通道在10條光纖每個(gè)方向。

圖1:40G并行光學(xué)傳輸

圖2:100G并行光學(xué)傳輸

　　表1提供了OM3和OM4光纖以太網(wǎng)規(guī)定的傳輸距離。每個(gè)距離假設(shè)1.5dB總連接器損耗除了OM440/100G的情況,假設(shè)1.0dB總連接器損耗。OM3和OM4完全有能力支持已有和新的數(shù)據(jù)速率,作為預(yù)期15-20年的使用壽命的物理層。當(dāng)評(píng)估OM3和OM4布線基礎(chǔ)設(shè)施所需的性能以滿足40/100G以太網(wǎng)通道傳輸插入損耗的要求時(shí),應(yīng)考慮三個(gè)條件:帶寬、全部連接器插入損耗,和傾斜角。所有這些因素可以影響布線基礎(chǔ)設(shè)施的能力以滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的傳輸距離。

　　*10G標(biāo)準(zhǔn)推薦的距離

　　**工程長(zhǎng)度

表1：OM3和OM4以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的距離

　　1.帶寬

　　OM3和OM4光纖被選為40/100G網(wǎng)絡(luò)唯一的多模光纖。光纖為850 nm傳輸優(yōu)化，分別具有最小2000MHz?km和4700 MHz?km有效模態(tài)帶寬(EMB)。兩個(gè)EMB測(cè)量技術(shù)是利用現(xiàn)有帶寬測(cè)量。最小有效模態(tài)帶寬(EMBc)計(jì)算方法提供了最可靠和精確的測(cè)量，相比差模態(tài)延遲(DMD)掩模技術(shù)。minEMBc是真正的可擴(kuò)展的帶寬值計(jì)算,可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)性能不同的數(shù)據(jù)速率和鏈接長(zhǎng)度。連接性解決方案使用OM3和OM4光纖使用minEMBc測(cè)量技術(shù),部署在數(shù)據(jù)中心的光學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施將滿足IEEE設(shè)定的性能標(biāo)準(zhǔn),光纖通道,InfiniBand帶寬。

　　2.插入損耗

　　插入損耗在當(dāng)前數(shù)據(jù)中心布線部署中是一個(gè)關(guān)鍵的性能參數(shù)。在一個(gè)系統(tǒng)信道內(nèi)的全部連接器損耗對(duì)于一個(gè)給定的數(shù)據(jù)速率，會(huì)影響系統(tǒng)處理超過(guò)最大可支持的距離的能力。40/100G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)指定了OM3光纖100米距離最大信道損耗為1.9dB,其中包括一個(gè)1.5dB總連接器損耗。OM4光纖150米距離最大信道損耗為1.5dB,其中包括一個(gè)1.0dB總連接器損耗預(yù)算。MPO連接組件的插入損耗規(guī)范應(yīng)被評(píng)估在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心布線基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)。使用低損耗MPO連接組件,可以實(shí)現(xiàn)最大的靈活性，能夠引入多個(gè)連接器連接進(jìn)鏈路,這樣可以支持結(jié)構(gòu)化布線結(jié)構(gòu)。

　　3.傾斜角

　　IEEE 802.3ba標(biāo)準(zhǔn)包括一個(gè)79 ns的光學(xué)媒介傾斜角。并行光學(xué)傳輸光學(xué)傾斜角,光信號(hào)在不同光纖之間的傳輸時(shí)差,是一個(gè)關(guān)鍵的要素。過(guò)度傾斜,或延遲,通過(guò)不同信道,會(huì)發(fā)生傳播錯(cuò)誤。MPO連接解決方案傾斜角測(cè)試已經(jīng)規(guī)范符合嚴(yán)格的0.75ns傾斜，是InfiniBand標(biāo)準(zhǔn)中定義的需求。連接解決方案的部署與嚴(yán)格的傾斜角性能確保布線基礎(chǔ)設(shè)施與各種各樣的應(yīng)用的兼容性。當(dāng)評(píng)估40/100G應(yīng)用的光學(xué)布線基礎(chǔ)設(shè)施解決方案時(shí),選擇一個(gè)符合0.75 ns傾斜要求確保性能不僅為了40/100G,也是為了InfiniBand。此外,低傾斜角連接性解決方案保證光纜設(shè)計(jì)和提供終端長(zhǎng)期可靠運(yùn)行的質(zhì)量和一致性。

　　在數(shù)據(jù)中心部署一個(gè)40/100G光學(xué)布線基礎(chǔ)設(shè)施

　　在數(shù)據(jù)中心被推薦的布線基礎(chǔ)設(shè)施部署是基于TIA-942指導(dǎo)，“數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)。”利用分布式星拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化布線，提供最靈活和可管理的基礎(chǔ)設(shè)施。現(xiàn)今許多數(shù)據(jù)中心部署利用TIA-942規(guī)范減少拓?fù)?，水平布線區(qū)(HDAs)被整合進(jìn)主布線區(qū)(MDA)。在這個(gè)整合架構(gòu)中,布線被安裝在MDA和設(shè)備布線區(qū)之間(圖3)。

圖3：收縮/減少的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　為了優(yōu)化性能滿足數(shù)據(jù)中心需求,布線基礎(chǔ)設(shè)施的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不應(yīng)該單獨(dú)選擇;基礎(chǔ)設(shè)施必須考慮拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和產(chǎn)品解決方案。

　　如今在數(shù)據(jù)中心部署所選擇的光纜必須支持未來(lái)應(yīng)用的數(shù)據(jù)速率,如100G以太網(wǎng)，光纖通道≥32G和InfiniBand≥40G。為此,OM3或OM4光纖是必須的。而且是40/100G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)包括的唯一多模光纖,OM3 OM4光纖提供最高的性能,以及在數(shù)據(jù)中心中結(jié)構(gòu)化布線安裝通常需要擴(kuò)展安裝距離。

　　除了討論性能要求,選擇物理連接也很重要。因?yàn)椴⑿泄鈱W(xué)技術(shù)需要數(shù)據(jù)在多個(gè)光纖中同時(shí)傳輸,一個(gè)多芯光纖(或陣列)連接器是必需的。如今利用基于MPO連接器連接安裝,在需要的時(shí)候?yàn)檫w移到這個(gè)多芯光纖并行光學(xué)接口提供了途徑。

　　工廠預(yù)端接MPO的解決方案允許通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的即插即用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接。滿足當(dāng)今串行以太網(wǎng)應(yīng)用的需要,MPO預(yù)端接主干/水平布線可以簡(jiǎn)單地安裝到預(yù)端接模塊,面板,或者分支跳線(圖4)。

圖4：預(yù)端接解決方案

　　光纜從10G遷移至40G-100G，使用基于MPO系統(tǒng)是一個(gè)簡(jiǎn)單容易的部署。從10G開始,12芯光纖MPO光纜被部署在兩個(gè)10G交換機(jī)之間。模塊被使用在12芯光纖MPO到雙工LC之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而可以連接到交換機(jī)(圖5)。

圖5:通過(guò)12芯光纖MPO布線傳輸10G

　　當(dāng)交換機(jī)遷移到40G,模塊被移除,取而代之的是一個(gè)12芯光纖MPO適配器面板。需要使用12芯光纖MPO跳線在交換機(jī)之間建立連接(圖6)。

圖6：通過(guò)12芯光纖MPO布線傳輸40G

　　未來(lái)的100G網(wǎng)絡(luò)需要24芯光纖MPO跳線建立鏈接。系統(tǒng)使用12芯光纖MPO主干布線將需要一個(gè)24芯光纖到兩個(gè)12芯光纖MPO的轉(zhuǎn)換跳線(圖7)。

圖7：通過(guò)12芯光纖MPO布線傳輸100G

　　多個(gè)損耗性能層級(jí)對(duì)MPO連接解決方案有效。正如連接器損耗在當(dāng)前部署的應(yīng)用(如10G以太網(wǎng))必須被考慮,插入損耗對(duì)于40/100G以太網(wǎng)應(yīng)用也是一個(gè)關(guān)鍵因素。例如,IEEE 802.3ae定義了一個(gè)最大300米的距離，當(dāng)使用OM3多模光纖傳輸10G以太網(wǎng)(10GBASE-SR)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)距離,鏈接總損耗為2.6dB需要最大總連接器損耗為1.5 dB。隨著信道的總連接器損耗增加到1.5dB以上,可支持的距離減少，信道損耗增大。當(dāng)需要更長(zhǎng)的距離或多個(gè)連接器耦合時(shí),低損耗性能模塊和連接可能是必要的。

　　同樣,對(duì)于類似的40/100G以太網(wǎng)，總連接器損耗是必須被考慮的。MPO連接器耦合的最大連接器損耗規(guī)格為0.5dB和0.35dB，提供基礎(chǔ)設(shè)施變化的設(shè)計(jì)，物理連接和信道距離應(yīng)被考慮來(lái)做出最終產(chǎn)品性能的選擇。

　　表2總結(jié)了IEEE 802.3 10G/40G/100G 距離和鏈接的損失的標(biāo)準(zhǔn)。

表2: IEEE 802.3

　　鏈路損耗從10G遷移到40G再到100G，使用基于MPO的系統(tǒng)是一個(gè)簡(jiǎn)單和容易的部署。

　　在這個(gè)例子中,兩個(gè)50米鏈路從MDA到HDA的連接，部署10G交換機(jī),損耗的計(jì)算是從HDA到MDA以及HDA到HDA的。然后損耗與表2進(jìn)行對(duì)比，在這種情況下,10G網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)鏈接最大損耗應(yīng)低于2.6 dB(圖8)。

圖8:10G鏈路損耗在12芯MPO布線

　　隨著網(wǎng)絡(luò)遷移到40G,鏈路損耗要求更加嚴(yán)格。在這個(gè)例子中,兩個(gè)50米鏈路從MDA到HDA鏈接，部署40G交換機(jī),損耗的計(jì)算是從MDA到HDA,以及HDA到HDA。然后損耗與表2進(jìn)行對(duì)比。在這種情況下,使用OM3光纖的40G網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)鏈接最大損耗應(yīng)低于1.9 dB(圖9)。

圖9:40G鏈路損耗在12芯MPO布線

　　隨著網(wǎng)絡(luò)遷移到100G,鏈路損耗的需求跟40G是一樣的。在這種情況下,兩個(gè)50米鏈路從MDA到HDA連接，部署100G交換機(jī)，損耗計(jì)算是從MDA到HDA，以及HDA到HDA，然后損耗與表2進(jìn)行對(duì)比。在這種情況下,使用OM3光纖的100G網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)鏈接最大損耗應(yīng)低于1.9 dB(圖10)。

圖10:100G鏈路損耗在12芯MPO布線

　　為未來(lái)做好準(zhǔn)備

　　為了最好地滿足未來(lái)的需要,基于MPO的連接利用OM3或OM4光纖是在數(shù)據(jù)中心最理想的解決方案。與生俱來(lái)的模塊化和靈活性的優(yōu)化,與TIA-942標(biāo)準(zhǔn)兼容的結(jié)構(gòu)化布線安裝,基于MPO的光纖系統(tǒng)可以被安裝在現(xiàn)今的應(yīng)用中使用,同時(shí)提供一個(gè)簡(jiǎn)單的遷移途徑到未來(lái)高速如40/100G以太網(wǎng)技術(shù)。

　　作者：康寧光通信中國(guó) 市場(chǎng)技術(shù)部著