過時的光纖技術，現代數據中心不需要

文｜康普企業解決方案亞太區 James Young

大家是否記得之前討論的關于“光纖面向未來”的話題？無論答案與否，我們都要密切關注光纖技術的發展和供應商的能力。同時結合應用以確保從現代數據中心最關鍵的光纖網絡中獲取最大的投資回報。行業標準也需要不斷修正，來符合高性能光纖系統的應用要求。隨著工作的持續進展，ISO / EIA機構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。

集中式網絡架構（CNA）或“光纖到桌面”是光纖面向未來設計的典型案例，然而這些網絡都已經過時。在網絡骨干網和數據中心領域中，大多數網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”發展空間非常有限。

我們在數據中心網絡中使用的許多光連接器，比如Biconic、ST、MTRJ 甚至 SC連接器，現在都已經過時或者即將過時。同時，光網絡技術的國際標準遠落后于目前數據中心網絡的發展需求，這也是一個不爭的事實。市場的需求驅動光纖和銅纜技術要向更高帶寬和更高密度的方向去發展。過去，客戶認為他們在CNA光纖網絡的投資，購買的是未來的最終產品，事實上，當今的應用需求和行業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上繼續投資。

光纖像數據中心的其他技術一樣，要不斷與持續增長的帶寬需求保持一致。曾經被認為是“高”帶寬的多模光纖已經發展到了極限。隨著多模光纖技術的不斷發展，帶寬能力也能得到不斷提高。有趣的是在這條發展的道路上，清晰的體現了多模光纖的局限性。光器件的一系列小改進和調整就能實現更高的帶寬能力。然而，對于現代數據中心而言，有必要重新考慮光纖網絡的設計和安裝規范。

表1為光纜的傳輸距離和速度。

表1

多模光纖標準（OM3或OM4）是目前大多數數據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其性能，如圖1所示。

數據中心的設計需要精心規劃和組織，以確?？煽啃院涂蓴U展性。有時候我們歷經艱難才明白，某種特定的布線方式最終會帶來災難。例如，TIA 942數據中心標準描述了一個數據中心的最佳實施方案，以便應用于數據中心布線設計，這些概念規定了在數據中心內部分配資源的配線區域，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芯的不同規格

數據中心需要具備高擴展性，可以采用許多潛在的應用、拓撲結構和架構方式來實現。數據中心運營方正在尋找可以節約資金并優化運營成本的模式，這就需要設計者設計小規模并能快速擴展的模塊化系統。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的可擴展性。以大型數據中心為例，大型數據中心需要支持多個連接點并且覆蓋的區域面積要大。光纖布線系統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的布線應用規范。我們知道OM3光纖的點到點連接可以在100m的傳輸距離內支持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實的數據中心設計中，包括對區域布線和分層架構的多鏈接和互連配線（很少采用點到點的配置）?；ミB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。在系統設計中包括多鏈接和配線區域，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則來部署。對于光纖通道和以太網，需要遵守的規則是數據中心結構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過時，當前的ISO和TIA光纖連接標準也跟不上時代。目前行業標準規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據中心時，不能繼續參照這些標準值，我們需要用新的辦法來定義光纖系統的性能。

設定行業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。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”之類產生樂觀的假象數據。

在這種方法中，最終用戶設計系統并驗證應用支持。供應商通常不負責設計整個系統，但需要提供設計決策所需要的大量數據。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，采用數據中心拓撲結構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。在評估數據中心設計需求之后，就可以確定光纖支持的距離、連接器的數目以及傳輸速度。對符合表2的數據中心設計方案，客戶就能簡單的驗證并確保能支持所需應用。

表2

數據中心的設計、應用和容量經常發生變化。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：當前的基礎架構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？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。雖然連接器數目比較多，但它反映了某些應用的實際需求。

表3

網絡規劃師和數據中心設計者可以利用這些表格來檢測網絡升級是否可行。如果規劃要求開發更高的速度，那么可以提前選擇區域大小和配線拓撲結構以保證未來的應用。未來的規劃可能包括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，確定16G交換機能提供的最長距離和配線組合，那么在數據中心初期設計拓撲結構時，就可以確保將來要采用的16G技術，這個方法也適用于40G和100G以太網的規劃。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，數據中心光纖系統設計需要一種新方法，必須包括光學系統規范，這些規范與現代高速應用的支持直接相關。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，以拓撲結構和傳輸距離定義的規范，為系統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，確保系統集成商以適當的方式分擔設計和承擔相應的責任。