現(xiàn)如今，幾乎每家企業(yè)組織都希望能夠更快地獲取更多的數(shù)據(jù)信息，而這一需求也就推動(dòng)了數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)速度的快速變化。超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心都在紛紛部署100千兆以太網(wǎng)(100GbE)，并期望在未來幾年內(nèi)將其遷移到200GbE或400GbE，并且，這些數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商們還在尋求更快的速度。在企業(yè)級(jí)別的數(shù)據(jù)中心，這方面的變化要稍微顯得有些緩慢。直到最近，我們才看到10GbE成為企業(yè)的主流，但由于可用以太網(wǎng)速度的發(fā)展正在加速，所以10GbE在企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心還將持續(xù)5年或10年是令人懷疑的。相反，我們將看到一個(gè)大規(guī)模迅速朝著25GbE和100GbE遷移的高潮。

遷移到更快的以太網(wǎng)不僅僅是插入更快的網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)而已，其還涉及到光纖使用方式的變化以及數(shù)據(jù)的傳輸方式的改變。在本文中，我們將為廣大讀者朋友們介紹以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的變化，研究數(shù)據(jù)中心的主要需求，并探索如何適應(yīng)更高速度需求的遷移策略，而不會(huì)干擾中斷正在進(jìn)行的數(shù)據(jù)中心操作。

數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)的簡(jiǎn)要介紹

從歷史上看，以太網(wǎng)的速度經(jīng)歷了一個(gè)10倍的增長(zhǎng)歷程：從10 Mbps到100 Mbps，到1GbE再到10GbE和100GbE。從GbE到10GbE的改變，數(shù)據(jù)中心架構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換，但是，今天的企業(yè)客戶正在對(duì)其傳統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行其他方面的改造，以提高效率。網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)從多層發(fā)展到脊葉(spine-leaf)或結(jié)構(gòu)化/網(wǎng)格設(shè)計(jì)扁平化，以便為用戶提供容錯(cuò)的，低延遲的服務(wù)。增加設(shè)備之間的數(shù)據(jù)速率，進(jìn)而增強(qiáng)了服務(wù)傳輸。

為了實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速度，數(shù)據(jù)中心架構(gòu)師們已經(jīng)改變了信號(hào)的傳輸方式，將其由雙工10GbE傳輸轉(zhuǎn)變?yōu)?0GbE和100GbE并行傳輸。并行傳輸使用更多的光纖，并且在10GbE元件的基礎(chǔ)上，驅(qū)動(dòng)100GbE需要許多光纖。事實(shí)上，40GbE是受企業(yè)歡迎的，因?yàn)槌藬?shù)據(jù)傳輸速率的提升，它在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上提供了更高密度和更低成本的10G端口，占40GbE QSFP端口使用率的50%以上。企業(yè)可以使用20根光纖(10根并行10GbE光纖)產(chǎn)生100GbE，但與40GbE的使用四個(gè)并行10GbE電路(八個(gè)光纖，四個(gè)用于傳輸，四個(gè)用于接收)的布線方案相比，這種布線方案更難管理。

在2016年，25GbE被標(biāo)準(zhǔn)化，作為基本的以太網(wǎng)元件，已經(jīng)開始了從10GbE到25GbE的轉(zhuǎn)變。使用25GbE替換10GbE提供了一種使用四個(gè)光纖對(duì)達(dá)到100GbE的方法，從連接器和布線角度來看，這更容易進(jìn)行管理?；?5GbE的100GbE具有八根光纖(四根發(fā)射和四根接收)具有成本效益，并已經(jīng)被廣泛部署。服務(wù)器附件速率正在轉(zhuǎn)向25Gbps;將100GbE與4x25GbE接口相結(jié)合，可以推動(dòng)更快的應(yīng)用程序運(yùn)行，降低成本，提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備密度。

而對(duì)于50GbE以太網(wǎng)技術(shù)而言。該技術(shù)允許您企業(yè)得以能夠使用四個(gè)發(fā)送和四個(gè)接收通道達(dá)到200GbE。隨著50GbE以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和逐步標(biāo)準(zhǔn)化，200GbE將可能使用相同的光纖基礎(chǔ)設(shè)施和類似的連接。

編碼技術(shù)的改進(jìn)也幫助進(jìn)一步提高了效率和速度。通過多模光纖和PSM4由單模光纖從NRZ編碼轉(zhuǎn)換為PAM4可提供更高的效率。這些發(fā)展進(jìn)步技術(shù)的普及采用要比GbE和10GbE時(shí)要快得多。每千兆位成本的降價(jià)，更高的速度和更低的延遲使這些改變更有吸引力。

布線和傳輸要求

那么，這些傳輸速度的提升如何映射到數(shù)據(jù)中心的需求方面呢?下面，就讓我們來看三種情況吧，分別是：傳統(tǒng)、多租戶和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心。

一處傳統(tǒng)的企業(yè)數(shù)據(jù)中心采用10GbE以太網(wǎng)技術(shù)作為典型元素，uplink端口是40GbE或100GbE。許多大中型企業(yè)正在考慮通過將服務(wù)器遷移到25GbE來提高100GbE的效率。通過25GbE以太網(wǎng)的采用，企業(yè)對(duì)于100GbE的興趣也在增長(zhǎng)。此外，當(dāng)前的諸多企業(yè)正在從OM4演變?yōu)镺M5(寬帶多模)光纖，這使得他們能夠在每個(gè)光纖中具有四個(gè)通道，因此是一個(gè)光纖對(duì)中的帶寬的四倍。例如，使用OM5光纖，單個(gè)光纖對(duì)可以傳輸40GbE或100GbE，而不需要8根光纖。OM5光纖能夠以較便宜的垂直共振腔表面放射激光(vertical cavity surface emitting lasers ，VCSEL)實(shí)現(xiàn)這種短波分復(fù)用(short-wave-division multiplexing ，SWDM)。

雙工應(yīng)用程序已經(jīng)發(fā)展演進(jìn)并且隨著從10Gbps發(fā)展到更高的速度遷移到了并行。但是，數(shù)據(jù)速率的提高與WDM相結(jié)合意味著雙工光纖仍然需要更高的速度。此外，使用WDM雙向(Bi-Di)或SWDM技術(shù)，25,40,50,100GbE及以上的雙工光纖對(duì)可提供更高的效率。

多租戶數(shù)據(jù)中心(簡(jiǎn)稱MTDCs)是另一類應(yīng)用。 廣域網(wǎng)連接到單個(gè)客戶端的網(wǎng)卡需要長(zhǎng)的單模擴(kuò)展鏈接。雖然多模鏈路較便宜，但多模不能支持這種場(chǎng)景的距離和速度要求。在這些情況下，MTDCs在單個(gè)租戶空間外運(yùn)行單模光纖，并在籠式環(huán)境內(nèi)部使用多模光纖。實(shí)際上，在其數(shù)據(jù)中心中為客戶端提供服務(wù)的基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)在其從MTDC租賃的籠式環(huán)境中復(fù)制。與數(shù)據(jù)中心園區(qū)環(huán)境相比，許多較大的MTDC正在采用一些超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心所使用的相同的做法。

過渡策略

對(duì)于正在考慮采用一種新的“短距離”設(shè)計(jì)的企業(yè)組織而言，多模光纖仍將提供靈活性，能源效率和幾代的數(shù)據(jù)速率增長(zhǎng)?，F(xiàn)有和近期開發(fā)的收發(fā)器能夠提供雙工和并行選項(xiàng)，以適應(yīng)距離和資本預(yù)算。第一個(gè)建議是關(guān)注最低成本的雙工設(shè)計(jì)。這樣做，使企業(yè)組織能夠在今天充分利用10GbE和25GbE的雙工應(yīng)用，具備在脊柱或核心需要時(shí)并行的能力。雙工連接占用與MPO連接相同的空間。只有當(dāng)網(wǎng)絡(luò)保持并行時(shí)，純粹的并行設(shè)計(jì)才是有效的。從平行回到雙工可以增加四倍的必要的機(jī)柜空間。

從雙工設(shè)計(jì)開始，用戶可以從雙工轉(zhuǎn)移到并行并返回到雙工，而不會(huì)因數(shù)據(jù)速率的增加而重新使用光纖端口。例如，使用10 Gbps作為基準(zhǔn)，四個(gè)光纖對(duì)將提供40GbE上行鏈路(4x10 Gbps)。同樣的光纖布線可以提供100Gbps的通道速率增加到25GbE。隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，企業(yè)組織可以利用諸如SWDM的技術(shù)，并且可以通過單根光纖提供相同的40GbE或100GbE，從而保留原始光纖的使用。

隨著近期OM5寬帶多模光纖的標(biāo)準(zhǔn)化，短距離多?；A(chǔ)設(shè)施的價(jià)值大大增強(qiáng)。OM5能夠提供與OM3和OM4相同的傳統(tǒng)短波長(zhǎng)應(yīng)用的支持能力，在許多情況下，其可以擴(kuò)展布線架構(gòu)的可支持距離和/或設(shè)計(jì)靈活性。除此之外，它提供的最大價(jià)值是能夠支持更高頻率的波長(zhǎng)，從而有助于諸如SWDM等技術(shù)的更有效的實(shí)現(xiàn)。這種方法可以使用成本效益高的VCSEL技術(shù)在光纖對(duì)上提供四倍的帶寬。

隨著數(shù)據(jù)中心發(fā)展到具備更高的處理速度，如果操作人員們?nèi)匀皇褂门c初始10 / 100GbE部署相同的并行設(shè)計(jì)，光纖計(jì)數(shù)就會(huì)失控。通過開始采用雙工設(shè)計(jì)并進(jìn)一步采用單模光纖和OM5多模光纖，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商們可以輕松地升級(jí)到更高速的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)有效利用空間和布線。

關(guān)于作者

本文作者Jarred Baker是美國康普CommScope Inc.數(shù)據(jù)中心解決方案架構(gòu)師。自2004年以來，他一直供職于該公司，最初時(shí)負(fù)責(zé)擔(dān)任客戶經(jīng)理，現(xiàn)在擔(dān)任數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的解決方案架構(gòu)師。Jarred是從Anixter公司跳槽到康普公司的，在Anixter公司，他曾先后擔(dān)任過系統(tǒng)工程師、技術(shù)培訓(xùn)和產(chǎn)品經(jīng)理總監(jiān)。他在康普的重點(diǎn)工作是擴(kuò)展多渠道數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)，同時(shí)為客戶尋找解決方案，以滿足其連接需求。Jarred擁有密爾沃基工程學(xué)院電氣工程技術(shù)學(xué)士學(xué)位。