过时的光纤技术，现代数据中心不需要

文｜康普企业解决方案亚太区 James Young

大家是否记得之前讨论的关于“光纤面向未来”的话题？无论答案与否，我们都要密切关注光纤技术的发展和供应商的能力。同时结合应用以确保从现代数据中心最关键的光纤网络中获取最大的投资回报。行业标准也需要不断修正，来符合高性能光纤系统的应用要求。随着工作的持续进展，ISO / EIA机构将会制定出完善的国际标准，作为客户的您也需要了解这些趋势。

集中式网络架构（CNA）或“光纤到桌面”是光纤面向未来设计的典型案例，然而这些网络都已经过时。在网络骨干网和数据中心领域中，大多数网络管理者都会遇到相似的情况，当带宽需求增加时，早期的多模光纤会随着时间的推移，出现可用距离下降的问题。导致许多客户都开始更换OS2光纤，因为这种光纤的“未来”发展空间非常有限。

我们在数据中心网络中使用的许多光连接器，比如Biconic、ST、MTRJ 甚至 SC连接器，现在都已经过时或者即将过时。同时，光网络技术的国际标准远落后于目前数据中心网络的发展需求，这也是一个不争的事实。市场的需求驱动光纤和铜缆技术要向更高带宽和更高密度的方向去发展。过去，客户认为他们在CNA光纤网络的投资，购买的是未来的最终产品，事实上，当今的应用需求和行业标准及实际操作并不完全相符。因此，了解这种差距有助于避免在过时的光纤技术上继续投资。

光纤像数据中心的其他技术一样，要不断与持续增长的带宽需求保持一致。曾经被认为是“高”带宽的多模光纤已经发展到了极限。随着多模光纤技术的不断发展，带宽能力也能得到不断提高。有趣的是在这条发展的道路上，清晰的体现了多模光纤的局限性。光器件的一系列小改进和调整就能实现更高的带宽能力。然而，对于现代数据中心而言，有必要重新考虑光纤网络的设计和安装规范。

表1为光缆的传输距离和速度。

表1

多模光纤标准（OM3或OM4）是目前大多数数据中心应用所选择的传输媒介。OM3/OM4光纤提供的带宽大幅增加，能支持40G和100G的应用，并适应下一代网络解决方案对带宽的需求，这并非表示单芯光纤就可以支持40G或100G的长距离传输；而是标准已经允许多芯光纤并行工作，提供N×10G的总带宽，其中N是所用光纤的数量。这样与8芯光纤一起工作，可以提供40G的双向带宽，同理20芯光纤可以提供100G的连接。

虽然采用光纤并行传输可以解决高带宽的需求问题，但是在实际操作过程中，仍会有一些问题。通常我们把每个光纤链路看作两个连接器——发送器和接收器。那么如何并行使用8芯或者20芯光纤？所幸多年前NTT就研究出多芯光纤的并行处理方法。像MPO这样的多芯光纤连接器，可以将多芯光纤组织起来，在逻辑和机械上实现其性能，如图1所示。

数据中心的设计需要精心规划和组织，以确保可靠性和可扩展性。有时候我们历经艰难才明白，某种特定的布线方式最终会带来灾难。例如，TIA 942数据中心标准描述了一个数据中心的最佳实施方案，以便应用于数据中心布线设计，这些概念规定了在数据中心内部分配资源的配线区域，因此一种实用的光纤解决方案必须支持多个连接点，如图2所示。

图1 MPO连接器提供从12芯～72芯的不同规格

数据中心需要具备高扩展性，可以采用许多潜在的应用、拓扑结构和架构方式来实现。数据中心运营方正在寻找可以节约资金并优化运营成本的模式，这就需要设计者设计小规模并能快速扩展的模块化系统。这些可变更、可重新部署以及可重复利用的解决方案则提供了搭建用的模块。图3就是一个具有高度可扩展性的设计方案的实例。

除了配线灵活和提供多路光纤外，光纤的可支持距离能极大地提高系统的可扩展性。以大型数据中心为例，大型数据中心需要支持多个连接点并且覆盖的区域面积要大。光纤布线系统能够支持的最大距离，则成为主要的考虑因素。

图2

所以需要制定能支持40G和100G的布线应用规范。我们知道OM3光纤的点到点连接可以在100m的传输距离内支持40G和100G的应用。OM4光纤可以支持150m的传输距离。重要的是如何将其应用到现实的数据中心设计中，包括对区域布线和分层架构的多链接和互连配线（很少采用点到点的配置）。互连配线损耗导致可支持的传输总距离降低，然而，由互连配线损耗导致的传输距离损失并非恒定不变。在系统设计中包括多链接和配线区域，这些因素对可靠性的影响，客户必须了解而且要考虑好。

图3 一个具有高度可扩展性的设计方案的实例

比如8G光纤通道的应用必须按其特有的规则来部署。对于光纤通道和以太网，需要遵守的规则是数据中心结构化布线时要采用高性能的光纤和连接器。正如低带宽的光纤已经过时，当前的ISO和TIA光纤连接标准也跟不上时代。目前行业标准规定每个连接器的损耗是0.75dB。只有两个“标准”连接器才能在现代高速应用中，满足最大允许连接损耗标准。好消息是如今的技术可以轻松超出连接器损耗的“标准”。而坏消息是当我们设计一个实际的数据中心时，不能继续参照这些标准值，我们需要用新的办法来定义光纤系统的性能。

设定行业标准的目的是明确定义无风险设计。过去，最终用户不需要自行设计解决方案，因为行业标准能提供设计准则和通用应用支持。试想，如果没有一个切实可行的行业标准，那么用户会面临什么？ 一个典型的设计实例：需要带3段跳线的160m长的光纤链路，这个链路支持8G光纤信道需要多少距离？如果需要更多的跳线或更长的传输距离时该怎么办？谁来验证新的布线配置？可以满足实际应用的需求并且支持所有有源设备厂商的产品？我们的“新标准”应该是什么？

定义这个“新标准”可以从元器件的角度来实现。例如公认的连接器损耗“标准”值是0.75dB，但是，实际上我们可能真正期望的损耗值是0.2dB，甚至更小。在实际应用中设定一个总的系统损耗最大值，可能低于1.5dB。因此，从可允许的总损耗中减去所用光纤的损耗，再除以所用连接器的数目，这样就可以得到所需连接器的性能。最后，我们可以把损耗值与布线厂商宣称的产品声明做一比较。请注意，为确保设计的一致性，供应商必须确保最大损耗值，而不是使用像“平均值”或“典型值”之类产生乐观的假象数据。

在这种方法中，最终用户设计系统并验证应用支持。供应商通常不负责设计整个系统，但需要提供设计决策所需要的大量数据。有些最终用户认为应该有更好的方式来解决这个问题，有些厂商能提供应用指南，以表2为例。通常，采用数据中心拓扑结构的基本设计元素来描述整体的应用支持。

应用指南（参考表2的4G光纤通道表格）能帮助客户满足对新应用的需求。在评估数据中心设计需求之后，就可以确定光纤支持的距离、连接器的数目以及传输速度。对符合表2的数据中心设计方案，客户就能简单的验证并确保能支持所需应用。

表2

数据中心的设计、应用和容量经常发生变化。一个典型的例子：如果从4G 光纤通道扩容到8G 光纤通道，就需要再增加存储应用的带宽。新技术能提供更高的吞吐量，一般来说，新一代设备的端口密度也趋于增加。对采用的新设备进行评估时要考虑两个问题：当前的基础架构支持速度需要升级吗？是否有足够的空间满足新交换机上端口数？同样，我们可以采用厂商提供的应用指南来回答这些问题。

表3规定了新应用带来的影响，当速度增加时最大可支持传输距离就下降。以OM4光纤为例，表3列出光缆支持的最大距离（如使用6个LC和6个MPO耦合器），8G光纤通道支持150m，而4G 光纤通道支持340m。虽然连接器数目比较多，但它反映了某些应用的实际需求。

表3

网络规划师和数据中心设计者可以利用这些表格来检测网络升级是否可行。如果规划要求开发更高的速度，那么可以提前选择区域大小和配线拓扑结构以保证未来的应用。未来的规划可能包括16G光纤通道，与8G光纤通道相比，16G光纤通道导向器的覆盖区域可能更小。同样，以16G光纤信道应用支持表格作为考虑依据，确定16G交换机能提供的最长距离和配线组合，那么在数据中心初期设计拓扑结构时，就可以确保将来要采用的16G技术，这个方法也适用于40G和100G以太网的规划。应用指南的表格能提供设计和实施的指导方针，如表4所示。

表4

总而言之，数据中心光纤系统设计需要一种新方法，必须包括光学系统规范，这些规范与现代高速应用的支持直接相关。当厂商为最终用户提供应用设计指南时，那么客户就能清晰理解设计选项，以拓扑结构和传输距离定义的规范，为系统设计者和运营者提供合适的方法。厂商对这些应用准则提供支持，确保系统集成商以适当的方式分担设计和承担相应的责任。