數據中心高密度布線系統的應用

文｜莫仕商貿（上海）有限公司 周 煒

高密度布線系統是近兩年來新出現的一種布線解決方案，主要應用于布線密度較高以及對于空間比較敏感的數據中心領域。目前國內的數據中心建設也從起步階段步入了大規模的建設階段。金融機構、IT類企業都在全國范圍內建設自己的數據中心，各地也紛紛推出了數據中心服務。高密度布線系統因為其密度高，能夠減少對機柜空間占用的特點，得到了廣泛的應用，特別是在IT 企業的數據中心中。隨著智能終端的大規模應用（比如Iphone），產生了大量的數據需要存儲，大量的應用需要有后臺支撐，同時也有很大的數據流量需要有通道和平臺來支持。數據中心作為IT企業的業務支撐核心，在搜索引擎、電子商務、網絡視頻等應用中扮演了重要的角色。而且隨著用戶群的飛速擴張，必須提高數據中心的計算和存儲能力來應對用戶的需求。但是建設一個新的數據中心至少需要1～2年的建設周期，所以如何能夠更好的利用現有數據中心的空間就非常重要。高密度布線對于這樣的應用特點就非常適合。

高密度布線系統分為光纜和銅纜兩個方面。根據傳統架構的TIA 942標準，把數據中心分為 EDA、ZDA、HDA、IDA、MDA等多個層次。從EDA-HDA的水平布線多采用銅纜布線，HDA-IDA-MDA的骨干布線多采用光纖布線。

高密度銅纜布線主要考慮的是從列頭柜到設備柜之間的水平布線系統。目前主流的多采用Cat.6或Cat.6A類網線，在高密度的布線方案中單個機柜至少配置48根網線（1臺服務器至少3個端口，1主1備1KVM，可能根據應用的不同端口數量會有變化）。單個列頭柜管理10～12個機柜，這樣在橋架中就會有500根左右的網線，這樣對于橋架的要求就很高。

從表1中可以看出，即使是采用Cat.6等級的布線在高密度布線方案下，在不允許線捆堆疊的情況下，在列頭柜端的橋架上會產生500mm左右的布線寬度，同時每米承受20kg的線纜重量。如果采用Cat.6A等級可能會有700mm的寬度加上近40kg/m的網線重量，這對于橋架的壓力是比較大的，同時也占用了相當多的上部空間。如果采用下走線，對機柜下的冷氣流的設計會造成很大影響。即使是采用目前流行的上走線方式，也會影響機房內的氣流以及占用空間，給照明、消防等其他子系統造成設計上的麻煩。所以，如果機房采用高密度設計，水平布線的銅纜可以考慮采用預連接的布線方式。

表1

預連接銅纜采用專用多對連接器，在1根線纜內集成24對線，線纜的直徑只有12mm左右，大大節省了布線的空間，也節省了安裝的時間。采用即插即用的方式，1HU高度內的配線可以支持48個RJ45端口。目前該方案可以支持常規的千兆以太網應用，在將來可以通過升級模塊的方式實現對10GBase-T萬兆以太網絡的支持。同時根據應用方案的不同，可以選擇在水平線纜兩端都采用高密度Ipass 接口或在HDA內采用RJ45接口的扇出跳線，在EDA內采用Ipass接口配合模塊盒，實現管理與密度的融合。

在某些小型的高密度數據中心（一般都在100個機以內），可以不設置HDA，所有的水平線纜直接連到MDA做配接。那么在MDA區域的配線容量是比較大的，會有上千根數量的銅纜需要配接，因為傳統的機柜配合普通配線架，對于這樣的配線管理并不方便，也過于占用空間。有相當部分的機柜內空間實際上是被水平理線器所占用。使得機柜內的空間利用率低，同時在管理機柜與機柜之間的跳線配接也相當麻煩。所以在這種情況下，可以采用針對應用而設計的機架與角型配線架的配合，不需要水平理線器，大大提高了機架空間的利用率。

銅纜布線采用高密度的好處是可以減少對空間的占用，提高機房內空間的使用效率，減少其他系統設計時的麻煩。光纜系統同樣也需要提高密度，現在數據中心里已經大規模的采用了預連接光纜系統來提高光纖配線的密度。目前普遍的密度在1HU的空間里，采用了預連接系統，可以實現96芯（LC）的配線，4HU的機柜空間里可以實現576芯（LC）的配線，如果采用MTP等多芯連接器，密度可以更高。同時1根144芯的MTP-MTP預連接光纜，直徑小于15mm，所以對布線空間的占用也非常小。

數據中心內的布線系統是為網絡服務的。隨著機柜內制冷、配電等系統的升級，單機柜內能支持服務器的數量在明顯上升，刀片等服務器的推廣也使得單機柜內的服務器計算節點數量有了很大的增長。服務器與計算節點的增加，直接導致了布線需求量的提升，當布線量提升到一定程度以后，如果仍然采用EDA-HDA水平連接的方式，會使布線數量與HDA的配線管理能力超過極限，這樣使得空間的利用率大大降低。所以當服務器數量達到一定程度以后，ToR的網絡布置方式以及類似于ToR的POD方式就具有相當大的優勢，高密度的布線所需要的產品與布線方式也發生了一定的變化。ToR或POD都是在每個或每幾個機柜內布置接入交換機，服務器通過跳線直接連接交換機，一般來說，跳線的距離不會很長，通常不會超過7m（跨1個機柜）。在這種情況下，水平線纜就被大量的跳線所替代。在千兆網絡，通常的解決方案是交換機和服務器的NIC都采用RJ45端口，中間采用1根RJ45-RJ45的跳線連接，這樣的方式經濟也方便。

到了萬兆以后，情況發生了一些變化。在數據中心內，常用的10GBase的網絡有基于雙絞線Base-T；基于OM3/OM4的Base-SR方式；也有基于Twinax的Base-CX4方式。服務器NIC與交換機的端口通常有RJ45與SFP+兩種。選擇哪一種連接方式更經濟、更具效率，首先從價格層面上，同樣以Intel X520系列網卡為例：計算上網卡，模塊與跳線后，Base-SR、Base-SR、Base-T Base-CX4支持長度分別可以達到550m、100m、15m。根據以上的數據，在ToR/POD的應用下，采用10GBase-CX4標準的傳輸方式更具有成本上的優勢。那么在布線方面，就需要采用帶有SFP+端口的無源連接器件來配合10GBase-CX4標準的應用。

隨著數據中心對綠色、環保的要求；虛擬化、云計算等新技術的應用與推廣。數據中心的設備密度將越來越高，為網絡設備服務的布線系統也需要根據新的應用進行調整，但總體而言，高密度布線也是大勢所趨。特別是在虛擬化技術成熟以后，物理設備與實際的應用之間并不是完全的一一對應，這樣對于布線配線的需求就大大降低，對于數據中心的布線系統，更多的是體現一種半永久性的連接，網絡的切換多通過虛擬化軟件平臺與交換機實現，高密度帶來的對于管理上的影響就顯得不是很突出，因為布線系統是一個長期應用的平臺，所以我們在建設新數據中心的時候就需要考慮將來的發展。高密度的配線系統也為我們將來的擴容和發展留下了一定的空間。