文|美國康寧公司 Martyn Easton Angela Lambert 郝鎮(zhèn)江 譯
良好的結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)可以很好地適應(yīng)數(shù)據(jù)中心將來的成長(zhǎng)及變化,而不會(huì)成為其發(fā)展的障礙。
更多的服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、交換機(jī)、更高要求的空調(diào)系統(tǒng)、更多的線纜需要綁扎在一起。數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用及需求增長(zhǎng)是如此之快,其中最難的挑戰(zhàn)是如何把它們存放在有限的機(jī)房空間內(nèi)?擴(kuò)建機(jī)房本來已經(jīng)不容易,幸運(yùn)的是,新的技術(shù)經(jīng)常可以把產(chǎn)品做得更加緊湊,占用更加少的空間。想一想多核心的處理器、刀片式服務(wù)器、多磁盤陣列及固體驅(qū)動(dòng)器等,這些設(shè)備必須聯(lián)接在一起才能發(fā)揮作用。
表 1 不同布線結(jié)構(gòu)帶來的差別
現(xiàn)在,數(shù)據(jù)中心的設(shè)備將被組織并分成不同的功能區(qū)域:服務(wù)器區(qū)、存儲(chǔ)設(shè)備區(qū)、中心交換機(jī)區(qū)、路由器和高性能的集群計(jì)算機(jī)區(qū)。這種有序的安排,對(duì)于服務(wù)要求的增長(zhǎng)、電源及冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)會(huì)有所幫助??梢韵胂?,物理的空間是很難再增加的,數(shù)據(jù)中心將會(huì)按照功能模塊劃分區(qū)域,當(dāng)需要對(duì)新增需求投資時(shí),這種結(jié)構(gòu)不會(huì)因時(shí)間的流逝而阻礙投資的效用。
在此基礎(chǔ)架構(gòu)上,互聯(lián)問題會(huì)影響到線路“互聯(lián)”的需求(或者是“串聯(lián)”)。在很早以前,數(shù)據(jù)中心的角色就是聯(lián)接到“任何地方”。很多用戶在廣域網(wǎng)中都想訪問所有服務(wù)器上運(yùn)行的服務(wù),所以需要服務(wù)器都可以直接訪問到存儲(chǔ)的設(shè)備。核心交換機(jī)是促進(jìn)背板交換形式的聯(lián)接,但也同時(shí)意味著布線需要提供每個(gè)功能區(qū)域,每個(gè)模塊和每個(gè)核心區(qū)域之間的互聯(lián)。隨著時(shí)間的增長(zhǎng),將會(huì)增加更多的線路及更快的鏈路速度。
傳統(tǒng)的方案,從服務(wù)器到交換機(jī)及存儲(chǔ)設(shè)備,會(huì)使用個(gè)別的長(zhǎng)跳線去直接互接。在一個(gè)小的數(shù)據(jù)中心中,這是可取的。但是當(dāng)設(shè)備及數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用開始增長(zhǎng)時(shí),這種點(diǎn)到點(diǎn)形式會(huì)慢慢扼殺數(shù)據(jù)中心。所有人都有這樣的經(jīng)驗(yàn),隨著時(shí)間的增長(zhǎng),如面條般的跳線會(huì)越來越多。設(shè)備的變更、增加變得難以控制及管理。由于間接性的存儲(chǔ)損耗,個(gè)別的線路性能和可靠性開始下降??衫玫木€路布放空間變得擁擠及阻塞,嚴(yán)重影響到將來應(yīng)用的擴(kuò)展。
現(xiàn)今結(jié)構(gòu)化布線的設(shè)計(jì),開始慢慢被人們所接受。它很好地適應(yīng)將來數(shù)據(jù)中心的模塊化設(shè)計(jì)思路,增加可管理性、可靠性及可測(cè)量性。然而,它同時(shí)帶來了比較高的初期建設(shè)費(fèi)用及需要注意布線系統(tǒng)中因增加更多的聯(lián)接后產(chǎn)生額外的損耗。
當(dāng)設(shè)計(jì)及建設(shè)一個(gè)結(jié)構(gòu)化光纜布線系統(tǒng)時(shí),不可避免的問題是:使用那種光纜?將會(huì)有多少種標(biāo)準(zhǔn)?對(duì)于光纜的問題,答案將會(huì)是比較清晰的:OM3(激光優(yōu)化50μm的光纜)能提供比較低的系統(tǒng)總價(jià)格(光纜加上激光發(fā)射器),能支持足夠多的設(shè)備及鏈路長(zhǎng)度,而且?guī)捘苤С謱?00Gbps/sec協(xié)議。行業(yè)的OM4標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)發(fā)布,它本質(zhì)上是一個(gè)高帶寬的OM3光纖,支持更長(zhǎng)的鏈路和更多的應(yīng)用。因?yàn)楦咚俣鹊臄?shù)據(jù)應(yīng)用通常會(huì)使現(xiàn)有鏈路的長(zhǎng)度變短,所以必須計(jì)劃好線路的結(jié)構(gòu)及未來如何升級(jí)。
4U 的光纖配線架的前視圖。這里顯示在配線架的前部做好標(biāo)簽系統(tǒng)非常重要的,而且標(biāo)簽需要定期更新。
光纖數(shù)量的需求需要有詳細(xì)的計(jì)劃及計(jì)算。首先,考慮每個(gè)設(shè)備機(jī)柜的數(shù)據(jù)交換結(jié)構(gòu)及級(jí)別。其次是考慮將要使用設(shè)備的類型及密度?;谝阎O(shè)備的類型(比如是刀片式服務(wù)器)是可能設(shè)計(jì)及提供光纖在每個(gè)機(jī)柜的數(shù)量。有兩個(gè)需要考慮的要點(diǎn):
(1)確認(rèn)每行機(jī)柜需要總光纖數(shù)量,配置后可以靈活更改每個(gè)機(jī)柜光纖使用量。
(2)計(jì)劃好光纖線路及互聯(lián)光纖配線箱,方便將來在每行的機(jī)柜上增加光纖。例如,處理能力從10Gbps鏈路升級(jí)到40G及100G時(shí),意味著每個(gè)鏈路從使用2芯光纖升級(jí)到8芯或20芯平行的光纖。
根據(jù)設(shè)備技術(shù)的發(fā)展,很難從開始就提供超前數(shù)量的光纖。但是使用靈活的光纖布線系統(tǒng)去支持將來的需求,而且在將來增加光纖數(shù)量時(shí)對(duì)于整體的布線系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生太大的影響,建議最少在每個(gè)機(jī)柜中布置24芯的光纖。對(duì)于虛擬計(jì)算、高密度刀片式服務(wù)器、集中的以太網(wǎng)光纖通道、10G線路等應(yīng)用,每個(gè)機(jī)柜中布置48芯或是96芯給高可用性的光纖配線箱是一個(gè)好的選擇。
文章其余的部分,將會(huì)重點(diǎn)陳述在構(gòu)建靈活的布線系統(tǒng)時(shí),如何去選擇有效的組件。
跳線是一種容易管理的系統(tǒng),但是它也可能是復(fù)雜及麻煩的系統(tǒng)。通常的問題都是這樣:這條跳線的另一端在那里?如果(跳線)沒有插上會(huì)有什么影響?如何才能提供新的線路?
一個(gè)健全的標(biāo)簽及文檔系統(tǒng)是關(guān)鍵,但是大部分的跳線,特別是在高密度應(yīng)用的區(qū)域,經(jīng)常是出乎用戶邏輯控制之外。
端口密度將會(huì)因適合光纖交換機(jī)接口類型而受到限制。相對(duì)那些小的標(biāo)準(zhǔn)化接頭已經(jīng)把線纜的體積從3mm直徑變成2mm甚至更小。但是現(xiàn)在,有太多的光纖跳線來自于現(xiàn)場(chǎng)制作,彎曲引起的問題越來越嚴(yán)重。幸運(yùn)的是,一種新的,有彈性的,對(duì)于彎曲不敏感的光纖出現(xiàn),并可以很好地解決上述的問題。
表 2 不同類型的光鏈路協(xié)議及參數(shù)
12芯的MPO接頭已經(jīng)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用中,越來越來適應(yīng)其發(fā)展
一個(gè)額外的方法,是使用Harness多光纖組合跳線。它可以把6條跳線大小的體積集中到一條3mm的線纜中。當(dāng)更多地使用Harness跳線時(shí),它也能很好地減少聯(lián)接到交換機(jī)接口上的跳線體積,使其更好訪問及線纜的走向很清晰,管理也更加容易。使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MPO接頭后,在同樣體積的雙芯LC接頭情況下,一端的Harness跳線可以提高跳線的密度并減少機(jī)柜中線路互聯(lián)的使用空間。下一代的并行光路傳輸速率40G和100Gbps/sec,將會(huì)使用這種MPO結(jié)構(gòu)的激光光源接口。
在結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)中,高密度、高芯數(shù)的主干光纜將需要更多的交叉互聯(lián)及匯聚聯(lián)接點(diǎn)。而光纖接頭在網(wǎng)絡(luò)中是容易受到損害的,所以,適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ前讯私狱c(diǎn)放在光纖箱中進(jìn)行保護(hù)。
對(duì)于光纖配線箱的基本要求是:提供關(guān)鍵的光纖功能及保護(hù)互聯(lián)的光纖。通常光纖配線箱會(huì)占用較多的機(jī)柜空間,然而太少的空間會(huì)影響到光纖的可靠性或光纖系統(tǒng)的組織及管理。所以光纖配線箱在設(shè)計(jì)時(shí)要把更多的光纖聯(lián)接點(diǎn)存放在內(nèi),而且不影響跳線的管理及系統(tǒng)的功能。
一個(gè)設(shè)計(jì)好的光纖端接配線箱應(yīng)有如下的品質(zhì)。
(1)一個(gè)良好的對(duì)于每根進(jìn)入配線箱中的線纜進(jìn)行扭力釋放。其中有一個(gè)問題是牽拉光纖接頭時(shí)不注意使用光纜中的紡輪紗牽引線。
一條144芯緊套光纜,如果是在現(xiàn)場(chǎng)端接,需要大概0.92英寸的直徑,這將會(huì)是工廠預(yù)端系統(tǒng)線纜的2倍。
(2)確認(rèn)手指能夠在面板前面方便插撥跳線,并確認(rèn)跳線已經(jīng)正確鎖緊在耦合器上。同樣的,當(dāng)跳線被撥下時(shí),將不會(huì)影響其他跳線。
(3)一個(gè)清晰的,有條理和容易看到的標(biāo)簽系統(tǒng),它需要放在你的面前,而不是藏起來。同時(shí)它需要容易增加、刪除和更改上面的信息。
(4)跳線的組織及管理,當(dāng)光纖系統(tǒng)密度提高時(shí),避免大量跳線的混亂狀態(tài)開始變得困難。一個(gè)好的配線箱將會(huì)提供一個(gè)直視的,有路由導(dǎo)向及容易管理跳線變更的功能。
在早期的建設(shè)中,數(shù)據(jù)中心的增長(zhǎng)是動(dòng)態(tài)變化的。但是在開始設(shè)計(jì)建筑物中的光纖配線箱時(shí),只是看到當(dāng)時(shí)的最少應(yīng)用量。隨著空間的增長(zhǎng),可以提供的光纖端接能力和對(duì)機(jī)柜空間的要求,也在增長(zhǎng)。
光纖接頭日益重要也是一個(gè)難題?,F(xiàn)在所有數(shù)據(jù)中心的接頭都是在工廠做好的,不管是光纖跳線還是端接的主干光纜,但是接頭的選擇和性能的關(guān)鍵是提供任意的聯(lián)接。雙芯的接頭在交叉互聯(lián)和設(shè)備接口上是必須的。
升級(jí)后的40G和100G網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,我們稱為并行的連續(xù)光路協(xié)調(diào),MPO接頭也變得更加詳細(xì)及成為將來的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。另外一個(gè)挑戰(zhàn)是布線系統(tǒng)需要無縫地從10G升級(jí)到40G、100G,就好像某些應(yīng)用會(huì)存在,但是接頭類型需要變更一樣。一個(gè)好的消息是12芯的MPO主干光纜已經(jīng)變得十分流行,而且它是適應(yīng)將來的變化,而不需要更換接頭,只需要管理好極性而且光纖配線箱已經(jīng)為高芯數(shù)光纜做好了準(zhǔn)備。
在光鏈路的總體損耗計(jì)劃中,光纖接頭通常是其中的弱項(xiàng)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議越來越快,總體損耗的余量開始緊張并受到控制,接頭的損耗已經(jīng)超出了線纜本身的損耗值,簡(jiǎn)單來說,更低損耗的一對(duì)光纖接頭會(huì)更加理想。然而,對(duì)于多芯的MPO接頭,每個(gè)光纖組都是重要的,所以最大的損耗是已經(jīng)考慮好的。
接頭引起的傳輸模式聲噪必須引起重視,如果沒有理解好模式聲噪的影響,將不容易說明配對(duì)接頭可以增加接頭的可接受損耗,這是一個(gè)復(fù)雜而難以檢測(cè)的事情。所以請(qǐng)確認(rèn)接頭的供應(yīng)商明白這個(gè)問題并且已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里做好相關(guān)的質(zhì)量評(píng)估。
最后一點(diǎn),不同類型接頭配合使用的結(jié)果是每次使用都十分正常,確認(rèn)性能的方法是考慮周全,保證質(zhì)量和接頭的終端幾何尺寸。這些屬性不經(jīng)常被考慮或是在現(xiàn)場(chǎng)很難看到及測(cè)量。借助于設(shè)備,將可以評(píng)估每個(gè)模塊甚至于每個(gè)工廠研磨的接頭,保證其投放在數(shù)據(jù)中心現(xiàn)場(chǎng)時(shí)的質(zhì)量。
除非我們看到有一天在數(shù)據(jù)中心里實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò),否則線纜將是從A點(diǎn)到B點(diǎn)的必須傳輸介質(zhì)。纖芯是如此的細(xì)小而且纖芯傳輸?shù)墓庠磪^(qū)域也很窄,肉眼幾乎無法看到,但是線纜本身可以做得很堅(jiān)固。
光纜最先大量使用在室外工廠,布線系統(tǒng)很大程度上是取決于它的需求。當(dāng)光纜開始遷移到室內(nèi)使用時(shí),光纖布線設(shè)計(jì)方向是:
(1)光纖的最低要求芯數(shù)已經(jīng)從6芯到12芯。
(2)遵循建筑物的防火要求,通常的結(jié)果是要求大量線纜的外套是要低煙及阻燃。
(3)有大量短距離線纜和光纖接頭,因而需要可以直接使用的聯(lián)接方式。
因此,細(xì)小的光纖做得比較大,從而方便現(xiàn)場(chǎng)的處理及實(shí)現(xiàn)端接。在過去的幾年中,更多的光鏈路在室內(nèi)得到應(yīng)用,特別是在數(shù)據(jù)中心的環(huán)境下。纖芯數(shù)量不斷增加的結(jié)果是線纜開始變得更粗,而且不好處理。所以最終用戶需要面對(duì)一個(gè)選擇,是使用一條比較大芯數(shù)的線纜還是使用幾條小芯數(shù)線纜?特別是有一行機(jī)柜的都是核心交換機(jī),需要聯(lián)接到服務(wù)器機(jī)柜的情況下,使用幾條小芯數(shù)的線纜看起來更加有吸引力,因?yàn)樗梢宰龅焦饫|直接聯(lián)接各個(gè)機(jī)柜,而不是列頭柜。
所以我們需要一個(gè)方案,線纜既可以做到高芯數(shù),而又擁有細(xì)的線纜一樣的特性。由于光纖在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用,現(xiàn)場(chǎng)預(yù)端接變得更加有吸引力。在一些大的項(xiàng)目中,數(shù)據(jù)中心內(nèi)上萬條獨(dú)立的光纜接頭難以管理的問題迎刃而解,只因?yàn)槭褂矛F(xiàn)場(chǎng)預(yù)端接的即插即用系統(tǒng)。
這是使用工廠預(yù)端接光纜的新趨勢(shì)。這個(gè)趨勢(shì)有一個(gè)新的挑戰(zhàn)是線纜必須計(jì)算好長(zhǎng)度。因?yàn)榫€纜需要做一些盤繞,所以小的線纜直徑及柔韌性變得很重要。解決現(xiàn)場(chǎng)預(yù)端接的困局,將會(huì)允許使用體積更小的帶狀光纖或是松套光纜,這也得益于工廠內(nèi)的光纜生產(chǎn)及端接工藝。
小直徑的線纜可以在線槽、線管、地下及天花上存放更多的數(shù)量,它們更加柔軟,而且轉(zhuǎn)彎半徑更加小,容易安裝。工廠預(yù)端接的高芯數(shù)線纜變成非常有用及友好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具,保留關(guān)鍵的工廠生產(chǎn)線纜高適應(yīng)性的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
好的布線不但跟隨潮流,還期望適應(yīng)未來、整齊、整潔和易于管理。它也被期望容易使用、可靠及可持續(xù)運(yùn)行,可以跟上發(fā)展的策略。
使用良好的結(jié)構(gòu)化布線廠家產(chǎn)品是數(shù)據(jù)中心有價(jià)值的資產(chǎn)。確認(rèn)安裝路徑和空間,設(shè)計(jì)余留的機(jī)柜空間。尋求產(chǎn)品帶來的價(jià)值和功能,并重新分配資金給它們,則它們?cè)陂L(zhǎng)期的運(yùn)行中會(huì)體現(xiàn)出它們的價(jià)值所在。