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企业数据中心网络连接速度的提升

2017/11/10    来源:机房360    作者:佚名      
关键字:企业数据  数据中心  
在本篇文章中,我们将介绍以太网网络技术的变化,调研数据中心的核心需求,并探索适应更高速度需求的迁移策略,而不会中断正在进行的操作。
    所有人在上网时,都希望有更快的网速连接,进行数据传输,而这种需求也在推动着数据中心以太网网速的迅速变化。超大规模数据中心正在密切部署100千兆以太网(100GbE),期望在几年时间内可以将网速提升到200 GbE或400GbE,与此同时,还在进一步研发以兆位为单位的网速。事实上,对于企业级的数据中心而言,网速提升得还是比较慢。直到最近,10GbE的网速才成为企业的主流,但是由于可用的以太网速度的变化正在加速,因此,很难相信在企业数据中心内10GbE的网速将会持续5到10年。相反,网速将会很快提升到25GbE和100GbE.
 
    更快的以太网结构不仅仅是插入更快的网络接口卡(NIC) - 同时,还涉及到光纤使用方式的变化以及数据的传输方式。 在本篇文章中,我们将介绍以太网网络技术的变化,调研数据中心的核心需求,并探索适应更高速度需求的迁移策略,而不会中断正在进行的操作。
 
    简述数据中心以太网
 
    历史上,以太网速度在10 Mbps,100 Mbps,1GbE,10GbE和100GbE的因素上增长。 数据中心架构从1GbE到10GbE之间进行简单的转换,但是现在,企业客户正在对其传统架构进行更改,从而提高效率。 网络架构已经从多层平铺到脊叶/网格设计,这样一来,可以为用户提供容错,低延迟的服务。 增加设备之间的数据速传输的速率。
 
    为了实现更高的速度,数据中心架构师已经改变了信号传输方式,从双工10GbE传输到40GbE和100GbE的并行传输。 并行传输使用更多的光纤,并且在10GbE元件的基础上,驱动100GbE需要许多光纤。 事实上,40GbE是受欢迎的,因为除了数据速率的增加,它在网络设备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。 企业可以使用20根光纤(10个并行10GbE光纤)生产100GbE,但是与40GbE相比,这种布线方案使用四个并行10GbE电路的方式,(八个光纤 - 四个用于传输,四个用于接收)变得更难以管理。
 
    25GbE在2016年就已经被标准化,从10GbE到25GbE作为基本的以太网元件已经有了转变。 使用25GbE替换10GbE提供了一种使用四个光纤对达到100GbE的方法,这更容易从连接器和布线方式进行管理。 基于25GbE的100GbE,具有8根光纤(4条传输和4条接收)已经具有成本效益并被广泛应用。 服务器附件率正在转向25Gbps; 将100GbE打破4x25GbE链路可实现更快的应用,降低成本,提高网络设备密度,而不是4x10GbE接口。
 
    50GbE即将出现。该技术允许您使用四个发送和四个接收通道达到200GbE. 随着50GbE的批准和标准化,200GbE将可能使用相同的光纤基础设施和类似的连接。
 
    编码技术的变化也可以提高效率和速度。从NRZ编码(NRZ:不归零码(NRZ,Non-Return to Zero),数字信号可以直接采用基带传输,所谓基带就是指基本频带。基带传输就是在线路中直接传送数字信号的电脉冲,这是一种最简单的传输方式,近距离通信的局域网都采用基带传输。)到PAM4的多模光纤及PSM4优于单模光纤的转变能够提供更高的效率。这些发展比采用1GbE和10GbE的速度快得多。随着每千兆比特的价格下降,越来越快的速度以及更低的延迟,使得这些变化愈发更具有吸引力。
 
    (备注:PAM(Pulse Amplitude Modulation:脉冲幅度调制)信号是下一代数据中心做高速信号互连的一种热门信号传输技术,可以广泛应用200G/400G接口的电信号或光信号传输。由于PAM4信号每个符号周期可以传输2bit的信息,因此要实现同样的信号传输能力,PAM4信号的符号速率只需要达到NRZ信号的一半即可,因此传输通道对其造成的损耗大大减小。)
 
    布线和传输要求
 
    那么,这些日益提高的提高如何对应不同种类的数据中心的需求呢?让我们来看看以下三种情况:传统的数据中心、多租户的数据中心以及超大规模的数据中心。
 
    传统企业数据中心采用10GbE作为典型元件,上行40GbE或100GbE. 许多中型企业正在考虑通过将服务器转移到25GbE来使100GbE更有效率的方法。 通过25GbE车道,100GbE的兴趣也在增长。 此外,公司正在从OM4演变为OM5(宽带多模)光纤,这使得它们在每个光纤中具有四个通道,因此一个光纤对中的带宽是四倍。 使用OM5光纤,例如,单个光纤对可以传输40GbE或100GbE,而不需要8根光纤。 OM5光纤能够实现具有较便宜的垂直共振腔面射型激光(VCSEL 是与顶表面垂直的激光束发射的一种半导体激光二极管,与常规的边缘发射半导体激光器(也包括平面内激光器)相反, 通过将单个芯片从晶片上分离而形成的表面。 VCSEL应用包括光纤通信,精密传感,计算机鼠标和激光打印机。)的短波分复用(SWDM)。
 
    备注:短波分复用 (SWDM) 利用了另一种通过多种波长让数据率翻倍的方式,将每条光纤的容量增加至少四倍。这使得某一固定数量的光纤的数据速率至少增加四倍(可能达到1600 Gb/s)或者在实现某一固定数据速率时至少减少四倍的光纤数量(达到每根光纤1600 Gb/s)。
 
    通过优化宽带多模光纤(WBMMF),支持850 nm到950 nm范围内波长以便利用SWDM,确保未来有用距离内的应用可以获得更有效的支持,而且保证与上一代应用的完全兼容性,使其成为一种理想的通用型媒介,既支持现在,也支持将来的应用。
 
    随着双工应用的发展,并且随着10Gbps的使用,应用程序的对速度也有了更高的需求。但数据速率的提高与WDM相结合意味着双工光纤仍然需要更高的速度。 另外,使用WDM双向(Bi-Di)或SWDM技术,25,40,50,100GbE及以上的双工光纤对可提供更高的效率。
 
    (备注:波分复用(WDM):波分复用是光纤通信中的一种传输技术,它利用了一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点,把光纤可能应用的波长范围划分成若干个波段,每个波段用作一个独立的通道传输一种预定波长的光信号。)
 
    这种技术同样应用在多租户数据中心(MTDCs)。想要连接到单独的客户端,需要长时间的单模扩展链接。尽管多模式连接的成本较低,但多模式无法支持这种场景的距离和速度要求。在这些情况下,MTDCs将单模光纤运行到单独的租户空间,并在框架呢使用多模光纤。实际上,在数据中心中为客户端提供服务的基础架构设计在MTDC笼式环境中被得以复制。 许多校园内MTDC也在采用同样的做法……
 
    过渡策略
 
    对于正考虑新的“短距离传输”设计的企业组织来说,多模光纤仍然可以提供灵活性、能效以及几代数据速率的提高。现有的及近期的发展中的收发器为满足距离和资本预算可以提供双工及并行的选择。首先建议关注最低成本的双工设计。这样一来,企业组织就可以利用目前在10GbE和25GbE上的双工应用的优势,在脊或核心需要的地方进行并行操作。双工连接占用的空间与MPO连接相同。只有在网络保持平行的情况下,围绕纯并行的设计才是有效的。从平行返回到双工可以使必要的机柜空间增加四倍。
 
    从双工设计开始,用户可以从双工转移到平行,再返回到双工系统,不会因数据速率的提高重新使用光纤端口。例如,使用10 Gbps作为基准,四个光纤对将提供40GbE上行链路(4x10 Gbps)。 同样的光纤布线可以提供100Gbps的通道速率增加到25GbE. 随着网络的发展,组织可以利用诸如SWDM的技术,并且可以通过单根光纤提供相同的40GbE或100GbE,保留原始光纤的使用。
 
    随着最近OM5宽带多模光纤的标准化,多模式基础设施在短距离内的价值大大增加。OM5可以支持与OM3和OM4相同的传统短波应用程序,而且在有些情况下,它可以扩展布线架构可支持的距离以及设计的灵活性。除此之外,它还能提供的最大价值是支持额外的更高频率的波长,从而可以实施更高效的技术,如SWDM.这种方法使用成本低而且节能的VCSEL技术可以提供相当于光纤对四倍的带宽。
 
    当数据中心提升到更高的速度时,如果操作人员使用与初始10 / 100GBE部署相同的并行设计,届时,光纤就会失控。通过采用双工设计,同时采用单模光纤和OM5多模光纤,数据中心运营商可以轻松地升级到更高速的以太网标准,同时有效利用空间和布线。
 
责任编辑:李欢
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