如何應對大型數據中心布線系統部署的挑戰

文/馬銳（康寧光通信）

如何應對大型數據中心布線系統部署的挑戰

文/馬銳（康寧光通信）

數據中心發展趨勢

近年來隨著互聯網的高速發展，諸如電子商務，社交媒體，互聯網金融等新興業務層出不窮。尤其是在智能移動設備不斷普及的今天，每個人的工作生活都與互聯網產生了前所未有的緊密聯系，從而導致了對數據巨大的需求。生活在大數據時代，我們每天都在產生大數據，處理大數據和存儲大數據。因此越來越多的企業都意識到，如何更加有效地管理這些數據將成為支持他們未來業務發展的關鍵。數據中心也因此成為近年來發展最為迅猛的細分市場之一。

現在數據中心的發展正呈現出新的特點。最新的預測顯示，未來以太網光收發器的全球增長驅動力將主要來自大規模互聯網數據中心，電信運營商數據中心以及大型傳統企業數據中心的高速增長。根據Dell’Oro Group 2015年對全球以太網服務器出貨量的最新預測，10GE服務器將在2016年占據最多的市場份額，從2017年開始25GE服務器的市場份額將會呈現出快速增長的趨勢。

以往傳統的企業數據中心主要聚焦于對企業自身數據的存儲和災備，對多用戶數據檢索的實時性和突發性大流量訪問的承載能力并未提出過高的要求。但隨著大數據時代的到來，數據中心業務的重心逐漸從對數據的存儲轉移到對數據按需的實時分析和處理。無論是企業還是個人消費者都對數據進行實時無延時訪問產生了越來越高的要求。很多中小型企業無法通過自建大型數據中心來實現對大數據業務的支持。這時云計算就成為了滿足這些企業發展需求的最有效方法。預計未來企業網市場三分之一到一半的IT預算將會用于云服務。

隨著近年來云計算需求的高速增長促進了大規模互聯網數據中心的跳躍式發展。全球互聯網巨頭無不將云服務作為企業未來的重要戰略發展方向。無論是亞馬遜的AWS，微軟的Azure還是谷歌Cloud都在全球范圍內為建設超大型數據中心而跑馬圈地，以期搶占更多的全球云計算市場份額。與此同時，國內以BAT（百度，阿里巴巴和騰訊）為代表的互聯網巨頭們雖然起步稍晚，但也都意識到云計算對整個互聯網行業未來發展的重要性并紛紛加大投入。其中一些不但在國內持續加大數據中心的建設力度，在近幾年來還開始嘗試在海外建設數據中心實現全球性的業務發展。

圖1　傳統三層網絡結構對比脊葉（Spine-leaf）兩層網絡結構

三層網絡結構與脊葉兩層網絡結構的對比

相較于傳統企業數據中心基于本地數據的架構，用于支持云計算的大型互聯網數據中心的網絡流量大大增加。這些數據中心的用戶數量龐大需求多樣化、碎片化，并且希望獲得無延時的用戶體驗。例如，大量用戶在短時間內對在線音樂，視頻，游戲以及網絡購物等的突發性大流量需求，都需要互聯網數據中心具有更高的帶寬和更加有效的網絡架構。

目前，主流的三層樹形網絡結構都是基于縱向（南北向）傳輸模式。例如一臺服務器需要與不在同一網段上的服務器進行通信時，必須通過接入層-匯聚層-核心層-匯聚層-接入層的路徑。這種方式在面對像需要成千上萬服務器相互通信的云計算這樣的大數據業務時，就不是一種有效的方式，不但系統帶寬會被大量消耗，還會造成不可預計的延時，從而形成網絡阻塞。因此近年來全球大型互聯網數據中心越來越多地采用更加便于橫向數據傳輸（東西向）的脊葉兩層 (Spine-leaf)網絡結構（如圖1所示）。這種網絡結構主要由脊交換層和葉交換層兩部分組成。其最大的特點就是每一個葉交換節點都與每一個脊交換節點相連，從而大大提高了不同服務器間的通信效率，降低了延時。此外，采用脊葉兩層網絡結構可以不必采購價格昂貴的核心層交換設備，并且可以更便于根據業務的需要逐漸增加交換機和網絡設備進行擴容，有效節省初期投資。

表1　網格模塊產品描述

圖2　網格模塊在布線系統中的三種典型應用

圖3　10G應用的脊葉兩層網絡結構拓撲圖

如何應對脊葉兩層網絡結構在MDA中的布線挑戰

數據中心經理們在部署脊葉兩層網絡結構的數據中心時，也遇到了一些新的問題。因為每一個葉交換節點和脊交換節點都要相連，如何處理大量的布線需求就成為了一個主要的挑戰。為此康寧光通信推出了網格全交叉互聯模塊（如表1所示）來解決這一棘手的問題。

現在很多用戶已經開始使用高密度40G交換機板卡來實現高密度10G應用。例如，一個高密度10G SFP+板卡有48 個10G端口，而一個高密度40G QSFP+板卡可具有36個40G端口。這樣在同樣的配線空間和能耗條件下使用40G板卡就可以獲得4x36 = 144個10G端口，從而降低了10G單端口的成本和能耗。圖2顯示了網格模塊在布線系統中的三種典型應用。ABCD4個QSFP 40G通道通過網格模塊的輸入端MTP被分支為4×4個10G通道，再通過模塊內部全交叉互聯映射到網格模塊的MTP輸出端。這樣每一個網格模塊MTP輸出端都具有ABCD 4個QSFP收發器中任意一個的10G通道；從而實現與一個輸出端相連的4個SFP收發器均對應4個不同的QSFP端口中的一個10G通道，實現了脊交換機和葉交換機的全交叉互聯。

下面讓我們通過一個例子來看看如何通過使用網格模塊來優化脊葉兩層網絡在主配線區MDA(Main Distribution Area)中的布線結構。例如，我們使用具有48個10G SFP+端口板卡的葉交換機和具有4 ×36個40G QSFP+端口板卡的脊交換機。如果葉交換機的收斂比為3:1，則每個葉交換機的16個10G上行端口需要分別與16個脊交換機相連。將脊交換機的40G端口作為4 個10G端口使用，則每個脊交換機需要連接4×36×4=576個葉交換機如圖3所示。

如果使用傳統布線方式，要實現脊交換機和葉交換機的全交叉互聯，需要在MDA中通過MTP-LC模塊將每個脊交換機的40G QSFP+端口分支為4×10G端口，再通過跳線交叉互聯到與葉交換機10G SFP+端口相連的相同數量的MTP-LC模塊（如圖4左圖所示）。這種傳統方式因布線系統結構復雜成本相對較高，MDA占用空間大等缺點并未獲得廣泛應用。在這種應用場景中，使用網格模塊就可以很好地解決這些問題。如圖4右圖所示，通過在MDA中使用網格模塊，我們可以無需將脊交換機的40G端口使用MTP-LC模塊分支為10G端口，就能實現與葉交換機的全交叉互聯，從而大大優化MDA的布線結構并可為用戶帶來如表2所示的很多價值。

圖4　脊葉兩層網絡結構MDA全交叉互聯布線結構對比

表2　網格模塊在MDA布線中的優勢

總結

隨著用戶對數據中心網絡帶寬需求的逐年提高，數據中心主干網絡已經逐漸由10G向40G演進，今后還將會升級到100G。這樣使用40G分支為4×10G以及將來由100G分支為4×25G的脊葉，兩層網絡將成為支持大型數據中心既經濟又高效的網絡結構。因此使用網格模塊來實現脊葉兩層網絡全交叉互聯的布線結構，不但可以支持目前的40G網絡，還可以讓用戶的布線系統平滑地升級到未來的100G網絡，有效地解決用戶對未來系統升級的困擾。