摘要：所有人在上網(wǎng)時(shí)，都希望有更快的網(wǎng)速連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而這種需求也在推動(dòng)著數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)網(wǎng)速的迅速變化。

所有人在上網(wǎng)時(shí)，都希望有更快的網(wǎng)速連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而這種需求也在推動(dòng)著數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)網(wǎng)速的迅速變化。超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心正在密切部署100千兆以太網(wǎng)(100GbE)，期望在幾年時(shí)間內(nèi)可以將網(wǎng)速提升到200 GbE或400GbE，與此同時(shí)，還在進(jìn)一步研發(fā)以兆位為單位的網(wǎng)速。事實(shí)上，對(duì)于企業(yè)級(jí)的數(shù)據(jù)中心而言，網(wǎng)速提升得還是比較慢。直到最近，10GbE的網(wǎng)速才成為企業(yè)的主流，但是由于可用的以太網(wǎng)速度的變化正在加速，因此，很難相信在企業(yè)數(shù)據(jù)中心內(nèi)10GbE的網(wǎng)速將會(huì)持續(xù)5到10年。相反，網(wǎng)速將會(huì)很快提升到25GbE和100GbE。

更快的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)不僅僅是插入更快的網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC) - 同時(shí)，還涉及到光纖使用方式的變化以及數(shù)據(jù)的傳輸方式。 在本篇文章中，我們將介紹以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的變化，調(diào)研數(shù)據(jù)中心的核心需求，并探索適應(yīng)更高速度需求的遷移策略，而不會(huì)中斷正在進(jìn)行的操作。

簡述數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)

歷史上，以太網(wǎng)速度在10 Mbps，100 Mbps，1GbE，10GbE和100GbE的因素上增長。 數(shù)據(jù)中心架構(gòu)從1GbE到10GbE之間進(jìn)行簡單的轉(zhuǎn)換，但是現(xiàn)在，企業(yè)客戶正在對(duì)其傳統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行更改，從而提高效率。 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已經(jīng)從多層平鋪到脊葉/網(wǎng)格設(shè)計(jì)，這樣一來，可以為用戶提供容錯(cuò)，低延遲的服務(wù)。 增加設(shè)備之間的數(shù)據(jù)速傳輸?shù)乃俾省?/p>

為了實(shí)現(xiàn)更高的速度，數(shù)據(jù)中心架構(gòu)師已經(jīng)改變了信號(hào)傳輸方式，從雙工10GbE傳輸?shù)?0GbE和100GbE的并行傳輸。 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是受歡迎的，因?yàn)槌藬?shù)據(jù)速率的增加，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個(gè)并行10GbE光纖)生產(chǎn)100GbE，但是與40GbE相比，這種布線方案使用四個(gè)并行10GbE電路的方式，(八個(gè)光纖 - 四個(gè)用于傳輸，四個(gè)用于接收)變得更難以管理。

25GbE在2016年就已經(jīng)被標(biāo)準(zhǔn)化，從10GbE到25GbE作為基本的以太網(wǎng)元件已經(jīng)有了轉(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，這更容易從連接器和布線方式進(jìn)行管理。 基于25GbE的100GbE，具有8根光纖(4條傳輸和4條接收)已經(jīng)具有成本效益并被廣泛應(yīng)用。 服務(wù)器附件率正在轉(zhuǎn)向25Gbps; 將100GbE打破4x25GbE鏈路可實(shí)現(xiàn)更快的應(yīng)用，降低成本，提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備密度，而不是4x10GbE接口。

50GbE即將出現(xiàn)。該技術(shù)允許您使用四個(gè)發(fā)送和四個(gè)接收通道達(dá)到200GbE。 隨著50GbE的批準(zhǔn)和標(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)的變化也可以提高效率和速度。從NRZ編碼(NRZ:不歸零碼(NRZ,Non-Return to Zero)，數(shù)字信號(hào)可以直接采用基帶傳輸,所謂基帶就是指基本頻帶?；鶐鬏斁褪窃诰€路中直接傳送數(shù)字信號(hào)的電脈沖，這是一種最簡單的傳輸方式，近距離通信的局域網(wǎng)都采用基帶傳輸。)到PAM4的多模光纖及PSM4優(yōu)于單模光纖的轉(zhuǎn)變能夠提供更高的效率。這些發(fā)展比采用1GbE和10GbE的速度快得多。隨著每千兆比特的價(jià)格下降，越來越快的速度以及更低的延遲，使得這些變化愈發(fā)更具有吸引力。

(備注：PAM(Pulse Amplitude Modulation：脈沖幅度調(diào)制)信號(hào)是下一代數(shù)據(jù)中心做高速信號(hào)互連的一種熱門信號(hào)傳輸技術(shù)，可以廣泛應(yīng)用200G/400G接口的電信號(hào)或光信號(hào)傳輸。由于PAM4信號(hào)每個(gè)符號(hào)周期可以傳輸2bit的信息，因此要實(shí)現(xiàn)同樣的信號(hào)傳輸能力，PAM4信號(hào)的符號(hào)速率只需要達(dá)到NRZ信號(hào)的一半即可，因此傳輸通道對(duì)其造成的損耗大大減小。)

布線和傳輸要求

那么，這些日益提高的提高如何對(duì)應(yīng)不同種類的數(shù)據(jù)中心的需求呢?讓我們來看看以下三種情況:傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心、多租戶的數(shù)據(jù)中心以及超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心。

傳統(tǒng)企業(yè)數(shù)據(jù)中心采用10GbE作為典型元件，上行40GbE或100GbE。 許多中型企業(yè)正在考慮通過將服務(wù)器轉(zhuǎn)移到25GbE來使100GbE更有效率的方法。 通過25GbE車道，100GbE的興趣也在增長。 此外，公司正在從OM4演變?yōu)镺M5(寬帶多模)光纖，這使得它們?cè)诿總€(gè)光纖中具有四個(gè)通道，因此一個(gè)光纖對(duì)中的帶寬是四倍。 使用OM5光纖，例如，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?qū)崿F(xiàn)具有較便宜的垂直共振腔面射型激光(VCSEL 是與頂表面垂直的激光束發(fā)射的一種半導(dǎo)體激光二極管，與常規(guī)的邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器(也包括平面內(nèi)激光器)相反， 通過將單個(gè)芯片從晶片上分離而形成的表面。 VCSEL應(yīng)用包括光纖通信，精密傳感，計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)和激光打印機(jī)。)的短波分復(fù)用(SWDM)。

備注：短波分復(fù)用 (SWDM) 利用了另一種通過多種波長讓數(shù)據(jù)率翻倍的方式，將每條光纖的容量增加至少四倍。這使得某一固定數(shù)量的光纖的數(shù)據(jù)速率至少增加四倍(可能達(dá)到1600 Gb/s)或者在實(shí)現(xiàn)某一固定數(shù)據(jù)速率時(shí)至少減少四倍的光纖數(shù)量(達(dá)到每根光纖1600 Gb/s)。

通過優(yōu)化寬帶多模光纖(WBMMF)，支持850 nm到950 nm范圍內(nèi)波長以便利用SWDM，確保未來有用距離內(nèi)的應(yīng)用可以獲得更有效的支持，而且保證與上一代應(yīng)用的完全兼容性，使其成為一種理想的通用型媒介，既支持現(xiàn)在，也支持將來的應(yīng)用。

隨著雙工應(yīng)用的發(fā)展，并且隨著10Gbps的使用，應(yīng)用程序的對(duì)速度也有了更高的需求。但數(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。 另外，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。

(備注：波分復(fù)用(WDM):波分復(fù)用是光纖通信中的一種傳輸技術(shù)，它利用了一根光纖可以同時(shí)傳輸多個(gè)不同波長的光載波的特點(diǎn)，把光纖可能應(yīng)用的波長范圍劃分成若干個(gè)波段，每個(gè)波段用作一個(gè)獨(dú)立的通道傳輸一種預(yù)定波長的光信號(hào)。)

這種技術(shù)同樣應(yīng)用在多租戶數(shù)據(jù)中心(MTDCs)。想要連接到單獨(dú)的客戶端，需要長時(shí)間的單模擴(kuò)展鏈接。盡管多模式連接的成本較低，但多模式無法支持這種場(chǎng)景的距離和速度要求。在這些情況下，MTDCs將單模光纖運(yùn)行到單獨(dú)的租戶空間，并在框架呢使用多模光纖。實(shí)際上，在數(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MTDC籠式環(huán)境中被得以復(fù)制。 許多校園內(nèi)MTDC也在采用同樣的做法。

· 過渡策略

對(duì)于正考慮新的“短距離傳輸”設(shè)計(jì)的企業(yè)組織來說，多模光纖仍然可以提供靈活性、能效以及幾代數(shù)據(jù)速率的提高?，F(xiàn)有的及近期的發(fā)展中的收發(fā)器為滿足距離和資本預(yù)算可以提供雙工及并行的選擇。首先建議關(guān)注最低成本的雙工設(shè)計(jì)。這樣一來，企業(yè)組織就可以利用目前在10GbE和25GbE上的雙工應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，在脊或核心需要的地方進(jìn)行并行操作。雙工連接占用的空間與MPO連接相同。只有在網(wǎng)絡(luò)保持平行的情況下，圍繞純并行的設(shè)計(jì)才是有效的。從平行返回到雙工可以使必要的機(jī)柜空間增加四倍。

從雙工設(shè)計(jì)開始，用戶可以從雙工轉(zhuǎn)移到平行，再返回到雙工系統(tǒng)，不會(huì)因數(shù)據(jù)速率的提高重新使用光纖端口。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，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，保留原始光纖的使用。

隨著最近OM5寬帶多模光纖的標(biāo)準(zhǔn)化，多模式基礎(chǔ)設(shè)施在短距離內(nèi)的價(jià)值大大增加。OM5可以支持與OM3和OM4相同的傳統(tǒng)短波應(yīng)用程序，而且在有些情況下，它可以擴(kuò)展布線架構(gòu)可支持的距離以及設(shè)計(jì)的靈活性。除此之外，它還能提供的最大價(jià)值是支持額外的更高頻率的波長，從而可以實(shí)施更高效的技術(shù)，如SWDM。這種方法使用成本低而且節(jié)能的VCSEL技術(shù)可以提供相當(dāng)于光纖對(duì)四倍的帶寬。

當(dāng)數(shù)據(jù)中心提升到更高的速度時(shí)，如果操作人員使用與初始10 / 100GBE部署相同的并行設(shè)計(jì)，屆時(shí)，光纖就會(huì)失控。通過采用雙工設(shè)計(jì)，同時(shí)采用單模光纖和OM5多模光纖，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商可以輕松地升級(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。