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(lái)”的話題？無(wú)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(yīng)商的能力。同時(shí)結(jié)合應(yīng)用以確保從現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心最關(guān)鍵的光纖網(wǎng)絡(luò)中獲取最大的投資回報(bào)。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也需要不斷修正，來(lái)符合高性能光纖系統(tǒng)的應(yīng)用要求。隨著工作的持續(xù)進(jìn)展，ISO / EIA機(jī)構(gòu)將會(huì)制定出完善的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，作為客戶的您也需要了解這些趨勢(shì)。

集中式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（CNA）或“光纖到桌面”是光纖面向未來(lái)設(shè)計(jì)的典型案例，然而這些網(wǎng)絡(luò)都已經(jīng)過(guò)時(shí)。在網(wǎng)絡(luò)骨干網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域中，大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)管理者都會(huì)遇到相似的情況，當(dāng)帶寬需求增加時(shí)，早期的多模光纖會(huì)隨著時(shí)間的推移，出現(xiàn)可用距離下降的問(wèn)題。導(dǎo)致許多客戶都開始更換OS2光纖，因?yàn)檫@種光纖的“未來(lái)”發(fā)展空間非常有限。

我們?cè)跀?shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)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(guò)時(shí)或者即將過(guò)時(shí)。同時(shí)，光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)落后于目前數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需求，這也是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。市場(chǎng)的需求驅(qū)動(dòng)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(guò)去，客戶認(rèn)為他們?cè)贑NA光纖網(wǎng)絡(luò)的投資，購(gòu)買的是未來(lái)的最終產(chǎn)品，事實(shí)上，當(dāng)今的應(yīng)用需求和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際操作并不完全相符。因此，了解這種差距有助于避免在過(guò)時(shí)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(zhǎng)的帶寬需求保持一致。曾經(jīng)被認(rèn)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(jìn)和調(diào)整就能實(shí)現(xiàn)更高的帶寬能力。然而，對(duì)于現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心而言，有必要重新考慮光纖網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)（OM3或OM4）是目前大多數(shù)數(shù)據(jù)中心應(yīng)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(yīng)用，并適應(yīng)下一代網(wǎng)絡(luò)解決方案對(duì)帶寬的需求，這并非表示單芯光纖就可以支持40G或100G的長(zhǎng)距離傳輸；而是標(biāo)準(zhǔn)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(wèn)題，但是在實(shí)際操作過(guò)程中，仍會(huì)有一些問(wèn)題。通常我們把每個(gè)光纖鏈路看作兩個(gè)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(lái)，在邏輯和機(jī)械上實(shí)現(xiàn)其性能，如圖1所示。

數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)需要精心規(guī)劃和組織，以確保可靠性和可擴(kuò)展性。有時(shí)候我們歷經(jīng)艱難才明白，某種特定的布線方式最終會(huì)帶來(lái)災(zāi)難。例如，TIA 942數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)描述了一個(gè)數(shù)據(jù)中心的最佳實(shí)施方案，以便應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心布線設(shè)計(jì)，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(shí)用的光纖解決方案必須支持多個(gè)連接點(diǎn)，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(kuò)展性，可以采用許多潛在的應(yīng)用、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和架構(gòu)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)方正在尋找可以節(jié)約資金并優(yōu)化運(yùn)營(yíng)成本的模式，這就需要設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)小規(guī)模并能快速擴(kuò)展的模塊化系統(tǒng)。這些可變更、可重新部署以及可重復(fù)利用的解決方案則提供了搭建用的模塊。圖3就是一個(gè)具有高度可擴(kuò)展性的設(shè)計(jì)方案的實(shí)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(kuò)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(gè)連接點(diǎn)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(yīng)用規(guī)范。我們知道OM3光纖的點(diǎn)到點(diǎn)連接可以在100m的傳輸距離內(nèi)支持40G和100G的應(yīng)用。OM4光纖可以支持150m的傳輸距離。重要的是如何將其應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中，包括對(duì)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(diǎn)到點(diǎn)的配置）?；ミB配線損耗導(dǎo)致可支持的傳輸總距離降低，然而，由互連配線損耗導(dǎo)致的傳輸距離損失并非恒定不變。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中包括多鏈接和配線區(qū)域，這些因素對(duì)可靠性的影響，客戶必須了解而且要考慮好。

圖3 一個(gè)具有高度可擴(kuò)展性的設(shè)計(jì)方案的實(shí)例

比如8G光纖通道的應(yīng)用必須按其特有的規(guī)則來(lái)部署。對(duì)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(shí)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(guò)時(shí)，當(dāng)前的ISO和TIA光纖連接標(biāo)準(zhǔn)也跟不上時(shí)代。目前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每個(gè)連接器的損耗是0.75dB。只有兩個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)”連接器才能在現(xiàn)代高速應(yīng)用中，滿足最大允許連接損耗標(biāo)準(zhǔn)。好消息是如今的技術(shù)可以輕松超出連接器損耗的“標(biāo)準(zhǔn)”。而壞消息是當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù)中心時(shí)，不能繼續(xù)參照這些標(biāo)準(zhǔn)值，我們需要用新的辦法來(lái)定義光纖系統(tǒng)的性能。

設(shè)定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的目的是明確定義無(wú)風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)。過(guò)去，最終用戶不需要自行設(shè)計(jì)解決方案，因?yàn)樾袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)能提供設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和通用應(yīng)用支持。試想，如果沒有一個(gè)切實(shí)可行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，那么用戶會(huì)面臨什么？ 一個(gè)典型的設(shè)計(jì)實(shí)例：需要帶3段跳線的160m長(zhǎng)的光纖鏈路，這個(gè)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(zhǎng)的傳輸距離時(shí)該怎么辦？誰(shuí)來(lái)驗(yàn)證新的布線配置？可以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求并且支持所有有源設(shè)備廠商的產(chǎn)品？我們的“新標(biāo)準(zhǔn)”應(yīng)該是什么？

定義這個(gè)“新標(biāo)準(zhǔn)”可以從元器件的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如公認(rèn)的連接器損耗“標(biāo)準(zhǔn)”值是0.75dB，但是，實(shí)際上我們可能真正期望的損耗值是0.2dB，甚至更小。在實(shí)際應(yīng)用中設(shè)定一個(gè)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(qǐng)注意，為確保設(shè)計(jì)的一致性，供應(yīng)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(lè)觀的假象數(shù)據(jù)。

在這種方法中，最終用戶設(shè)計(jì)系統(tǒng)并驗(yàn)證應(yīng)用支持。供應(yīng)商通常不負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)，但需要提供設(shè)計(jì)決策所需要的大量數(shù)據(jù)。有些最終用戶認(rèn)為應(yīng)該有更好的方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，有些廠商能提供應(yīng)用指南，以表2為例。通常，采用數(shù)據(jù)中心拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)元素來(lái)描述整體的應(yīng)用支持。

應(yīng)用指南（參考表2的4G光纖通道表格）能幫助客戶滿足對(duì)新應(yīng)用的需求。在評(píng)估數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)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(duì)符合表2的數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)方案，客戶就能簡(jiǎn)單的驗(yàn)證并確保能支持所需應(yīng)用。

表2

數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)、應(yīng)用和容量經(jīng)常發(fā)生變化。一個(gè)典型的例子：如果從4G 光纖通道擴(kuò)容到8G 光纖通道，就需要再增加存儲(chǔ)應(yīng)用的帶寬。新技術(shù)能提供更高的吞吐量，一般來(lái)說(shuō)，新一代設(shè)備的端口密度也趨于增加。對(duì)采用的新設(shè)備進(jìn)行評(píng)估時(shí)要考慮兩個(gè)問(wèn)題：當(dāng)前的基礎(chǔ)架構(gòu)支持速度需要升級(jí)嗎？是否有足夠的空間滿足新交換機(jī)上端口數(shù)？同樣，我們可以采用廠商提供的應(yīng)用指南來(lái)回答這些問(wèn)題。

表3規(guī)定了新應(yīng)用帶來(lái)的影響，當(dāng)速度增加時(shí)最大可支持傳輸距離就下降。以O(shè)M4光纖為例，表3列出光纜支持的最大距離（如使用6個(gè)LC和6個(gè)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(yīng)用的實(shí)際需求。

表3

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃師和數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)者可以利用這些表格來(lái)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)以保證未來(lái)的應(yīng)用。未來(lái)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(dǎo)向器的覆蓋區(qū)域可能更小。同樣，以16G光纖信道應(yīng)用支持表格作為考慮依據(jù)，確定16G交換機(jī)能提供的最長(zhǎng)距離和配線組合，那么在數(shù)據(jù)中心初期設(shè)計(jì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，就可以確保將來(lái)要采用的16G技術(shù)，這個(gè)方法也適用于40G和100G以太網(wǎng)的規(guī)劃。應(yīng)用指南的表格能提供設(shè)計(jì)和實(shí)施的指導(dǎo)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(shè)計(jì)需要一種新方法，必須包括光學(xué)系統(tǒng)規(guī)范，這些規(guī)范與現(xiàn)代高速應(yīng)用的支持直接相關(guān)。當(dāng)廠商為最終用戶提供應(yīng)用設(shè)計(jì)指南時(shí)，那么客戶就能清晰理解設(shè)計(jì)選項(xiàng)，以拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和傳輸距離定義的規(guī)范，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)者和運(yùn)營(yíng)者提供合適的方法。廠商對(duì)這些應(yīng)用準(zhǔn)則提供支持，確保系統(tǒng)集成商以適當(dāng)?shù)姆绞椒謸?dān)設(shè)計(jì)和承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。