過時的光纖技術(shù)，現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心不需要

文｜康普企業(yè)解決方案亞太區(qū) James Young

大家是否記得之前討論的關(guān)于“光纖面向未來”的話題？無論答案與否，我們都要密切關(guān)注光纖技術(shù)的發(fā)展和供應商的能力。同時結(jié)合應用以確保從現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心最關(guān)鍵的光纖網(wǎng)絡中獲取最大的投資回報。行業(yè)標準也需要不斷修正，來符合高性能光纖系統(tǒng)的應用要求。隨著工作的持續(xù)進展，ISO / EIA機構(gòu)將會制定出完善的國際標準，作為客戶的您也需要了解這些趨勢。

集中式網(wǎng)絡架構(gòu)（CNA）或“光纖到桌面”是光纖面向未來設計的典型案例，然而這些網(wǎng)絡都已經(jīng)過時。在網(wǎng)絡骨干網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域中，大多數(shù)網(wǎng)絡管理者都會遇到相似的情況，當帶寬需求增加時，早期的多模光纖會隨著時間的推移，出現(xiàn)可用距離下降的問題。導致許多客戶都開始更換OS2光纖，因為這種光纖的“未來”發(fā)展空間非常有限。

我們在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡中使用的許多光連接器，比如Biconic、ST、MTRJ 甚至 SC連接器，現(xiàn)在都已經(jīng)過時或者即將過時。同時，光網(wǎng)絡技術(shù)的國際標準遠落后于目前數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的發(fā)展需求，這也是一個不爭的事實。市場的需求驅(qū)動光纖和銅纜技術(shù)要向更高帶寬和更高密度的方向去發(fā)展。過去，客戶認為他們在CNA光纖網(wǎng)絡的投資，購買的是未來的最終產(chǎn)品，事實上，當今的應用需求和行業(yè)標準及實際操作并不完全相符。因此，了解這種差距有助于避免在過時的光纖技術(shù)上繼續(xù)投資。

光纖像數(shù)據(jù)中心的其他技術(shù)一樣，要不斷與持續(xù)增長的帶寬需求保持一致。曾經(jīng)被認為是“高”帶寬的多模光纖已經(jīng)發(fā)展到了極限。隨著多模光纖技術(shù)的不斷發(fā)展，帶寬能力也能得到不斷提高。有趣的是在這條發(fā)展的道路上，清晰的體現(xiàn)了多模光纖的局限性。光器件的一系列小改進和調(diào)整就能實現(xiàn)更高的帶寬能力。然而，對于現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心而言，有必要重新考慮光纖網(wǎng)絡的設計和安裝規(guī)范。

表1為光纜的傳輸距離和速度。

表1

多模光纖標準（OM3或OM4）是目前大多數(shù)數(shù)據(jù)中心應用所選擇的傳輸媒介。OM3/OM4光纖提供的帶寬大幅增加，能支持40G和100G的應用，并適應下一代網(wǎng)絡解決方案對帶寬的需求，這并非表示單芯光纖就可以支持40G或100G的長距離傳輸；而是標準已經(jīng)允許多芯光纖并行工作，提供N×10G的總帶寬，其中N是所用光纖的數(shù)量。這樣與8芯光纖一起工作，可以提供40G的雙向帶寬，同理20芯光纖可以提供100G的連接。

雖然采用光纖并行傳輸可以解決高帶寬的需求問題，但是在實際操作過程中，仍會有一些問題。通常我們把每個光纖鏈路看作兩個連接器——發(fā)送器和接收器。那么如何并行使用8芯或者20芯光纖？所幸多年前NTT就研究出多芯光纖的并行處理方法。像MPO這樣的多芯光纖連接器，可以將多芯光纖組織起來，在邏輯和機械上實現(xiàn)其性能，如圖1所示。

數(shù)據(jù)中心的設計需要精心規(guī)劃和組織，以確保可靠性和可擴展性。有時候我們歷經(jīng)艱難才明白，某種特定的布線方式最終會帶來災難。例如，TIA 942數(shù)據(jù)中心標準描述了一個數(shù)據(jù)中心的最佳實施方案，以便應用于數(shù)據(jù)中心布線設計，這些概念規(guī)定了在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部分配資源的配線區(qū)域，因此一種實用的光纖解決方案必須支持多個連接點，如圖2所示。

圖1 MPO連接器提供從12芯～72芯的不同規(guī)格

數(shù)據(jù)中心需要具備高擴展性，可以采用許多潛在的應用、拓撲結(jié)構(gòu)和架構(gòu)方式來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)中心運營方正在尋找可以節(jié)約資金并優(yōu)化運營成本的模式，這就需要設計者設計小規(guī)模并能快速擴展的模塊化系統(tǒng)。這些可變更、可重新部署以及可重復利用的解決方案則提供了搭建用的模塊。圖3就是一個具有高度可擴展性的設計方案的實例。

除了配線靈活和提供多路光纖外，光纖的可支持距離能極大地提高系統(tǒng)的可擴展性。以大型數(shù)據(jù)中心為例，大型數(shù)據(jù)中心需要支持多個連接點并且覆蓋的區(qū)域面積要大。光纖布線系統(tǒng)能夠支持的最大距離，則成為主要的考慮因素。

圖2

所以需要制定能支持40G和100G的布線應用規(guī)范。我們知道OM3光纖的點到點連接可以在100m的傳輸距離內(nèi)支持40G和100G的應用。OM4光纖可以支持150m的傳輸距離。重要的是如何將其應用到現(xiàn)實的數(shù)據(jù)中心設計中，包括對區(qū)域布線和分層架構(gòu)的多鏈接和互連配線（很少采用點到點的配置）。互連配線損耗導致可支持的傳輸總距離降低，然而，由互連配線損耗導致的傳輸距離損失并非恒定不變。在系統(tǒng)設計中包括多鏈接和配線區(qū)域，這些因素對可靠性的影響，客戶必須了解而且要考慮好。

圖3 一個具有高度可擴展性的設計方案的實例

比如8G光纖通道的應用必須按其特有的規(guī)則來部署。對于光纖通道和以太網(wǎng)，需要遵守的規(guī)則是數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)化布線時要采用高性能的光纖和連接器。正如低帶寬的光纖已經(jīng)過時，當前的ISO和TIA光纖連接標準也跟不上時代。目前行業(yè)標準規(guī)定每個連接器的損耗是0.75dB。只有兩個“標準”連接器才能在現(xiàn)代高速應用中，滿足最大允許連接損耗標準。好消息是如今的技術(shù)可以輕松超出連接器損耗的“標準”。而壞消息是當我們設計一個實際的數(shù)據(jù)中心時，不能繼續(xù)參照這些標準值，我們需要用新的辦法來定義光纖系統(tǒng)的性能。

設定行業(yè)標準的目的是明確定義無風險設計。過去，最終用戶不需要自行設計解決方案，因為行業(yè)標準能提供設計準則和通用應用支持。試想，如果沒有一個切實可行的行業(yè)標準，那么用戶會面臨什么？ 一個典型的設計實例：需要帶3段跳線的160m長的光纖鏈路，這個鏈路支持8G光纖信道需要多少距離？如果需要更多的跳線或更長的傳輸距離時該怎么辦？誰來驗證新的布線配置？可以滿足實際應用的需求并且支持所有有源設備廠商的產(chǎn)品？我們的“新標準”應該是什么？

定義這個“新標準”可以從元器件的角度來實現(xiàn)。例如公認的連接器損耗“標準”值是0.75dB，但是，實際上我們可能真正期望的損耗值是0.2dB，甚至更小。在實際應用中設定一個總的系統(tǒng)損耗最大值，可能低于1.5dB。因此，從可允許的總損耗中減去所用光纖的損耗，再除以所用連接器的數(shù)目，這樣就可以得到所需連接器的性能。最后，我們可以把損耗值與布線廠商宣稱的產(chǎn)品聲明做一比較。請注意，為確保設計的一致性，供應商必須確保最大損耗值，而不是使用像“平均值”或“典型值”之類產(chǎn)生樂觀的假象數(shù)據(jù)。

在這種方法中，最終用戶設計系統(tǒng)并驗證應用支持。供應商通常不負責設計整個系統(tǒng)，但需要提供設計決策所需要的大量數(shù)據(jù)。有些最終用戶認為應該有更好的方式來解決這個問題，有些廠商能提供應用指南，以表2為例。通常，采用數(shù)據(jù)中心拓撲結(jié)構(gòu)的基本設計元素來描述整體的應用支持。

應用指南（參考表2的4G光纖通道表格）能幫助客戶滿足對新應用的需求。在評估數(shù)據(jù)中心設計需求之后，就可以確定光纖支持的距離、連接器的數(shù)目以及傳輸速度。對符合表2的數(shù)據(jù)中心設計方案，客戶就能簡單的驗證并確保能支持所需應用。

表2

數(shù)據(jù)中心的設計、應用和容量經(jīng)常發(fā)生變化。一個典型的例子：如果從4G 光纖通道擴容到8G 光纖通道，就需要再增加存儲應用的帶寬。新技術(shù)能提供更高的吞吐量，一般來說，新一代設備的端口密度也趨于增加。對采用的新設備進行評估時要考慮兩個問題：當前的基礎(chǔ)架構(gòu)支持速度需要升級嗎？是否有足夠的空間滿足新交換機上端口數(shù)？同樣，我們可以采用廠商提供的應用指南來回答這些問題。

表3規(guī)定了新應用帶來的影響，當速度增加時最大可支持傳輸距離就下降。以OM4光纖為例，表3列出光纜支持的最大距離（如使用6個LC和6個MPO耦合器），8G光纖通道支持150m，而4G 光纖通道支持340m。雖然連接器數(shù)目比較多，但它反映了某些應用的實際需求。

表3

網(wǎng)絡規(guī)劃師和數(shù)據(jù)中心設計者可以利用這些表格來檢測網(wǎng)絡升級是否可行。如果規(guī)劃要求開發(fā)更高的速度，那么可以提前選擇區(qū)域大小和配線拓撲結(jié)構(gòu)以保證未來的應用。未來的規(guī)劃可能包括16G光纖通道，與8G光纖通道相比，16G光纖通道導向器的覆蓋區(qū)域可能更小。同樣，以16G光纖信道應用支持表格作為考慮依據(jù)，確定16G交換機能提供的最長距離和配線組合，那么在數(shù)據(jù)中心初期設計拓撲結(jié)構(gòu)時，就可以確保將來要采用的16G技術(shù)，這個方法也適用于40G和100G以太網(wǎng)的規(guī)劃。應用指南的表格能提供設計和實施的指導方針，如表4所示。

表4

總而言之，數(shù)據(jù)中心光纖系統(tǒng)設計需要一種新方法，必須包括光學系統(tǒng)規(guī)范，這些規(guī)范與現(xiàn)代高速應用的支持直接相關(guān)。當廠商為最終用戶提供應用設計指南時，那么客戶就能清晰理解設計選項，以拓撲結(jié)構(gòu)和傳輸距離定義的規(guī)范，為系統(tǒng)設計者和運營者提供合適的方法。廠商對這些應用準則提供支持，確保系統(tǒng)集成商以適當?shù)姆绞椒謸O計和承擔相應的責任。