关于10G/40G/100G数据中心光纤布线知识

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，如何实现数据中心从40G/100G向400G的平滑演进成为一个在问题，提升竞争力成为布线甚而设施必须实现可靠性、可管理性和灵活性。光纤连接解决方案可以 使数据中心的甚而设施满足当前和未来对数据传输速率的要求。

数据中心变革史

现在的数据中心

1、传统10G常采用SFP+光模块，双芯LC接口互联；

2、40G以太网规范要求8芯互联，4发4收，采用12芯光缆布线解决方案，每个信道拥有4条专用发射光纤和4条专用接收光纤，中间4条光纤保持闲置；

3、100G以太网常解决方案规定使用24条光纤，分为两个12芯阵列，一个阵列专用于发射，别一阵列专用于接收，每个阵列中间10条光纤用于传输流量，而两端2条光纤闲置。

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

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。

波分复用（WDM）

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。

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。

网络现状布线图

在基于MPO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MPO主干光缆，在交换机的一端部署一个预端模块或MPO面板连接LC跳线或MPO到LC分支跳线。

40G/100G升级

当需要升级交换机时，只需将MPO/LC模块盒更换为MPO适配器面板，使用MPO跳线连接40G/100G交换机即可完成升级。

端口分支的经济性

端口分支部署是推动了整个行业对于并行光学收发器的需求。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。

优势

1、高密度：SFP+交换机板卡通常提供最多48个端口，但现在有36个端口QSFP交换机，使单个板卡达到144个10G端口数量；

2、减少每个端口部署成本：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；增大密度以至减少数据中心占地面积；

3、便利性：在进行网络升级时，仅需要提高链路一端的速度，不需全面升级所有设备。

数据中心结构化布线设计

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MPO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a、b和c中可以看出，部署一个8芯MPO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a和图b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a具有实用意义，当所有10/25G端口位于一个设备单元内时，图b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c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(MPO)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。

数据中心应用、网络和光收发器正迅速演变进化。每一个数据中心的升级规划时间都会因技术需求、预算、规模以及业务优先级而不同。通过对40/100/400G相关知识的了解，我们应当评估当前的布线基础设施，制定实施遍地计划。