高速率需求驱动OM3/OM4高密度光纤连接在数据中心的应用

2012-09-21美国康宁公司DougColeman郭辉略

智能建筑与智慧城市 2012年2期

文｜美国康宁公司 Doug Coleman 著郭辉略译

为了响应服务器虚拟化、网络汇聚以及缓和服务器I/O瓶颈的需求，10GBase-SR以太网逐渐成为数据中心的基础网络。采用OM3/OM4激光优化50/125μm多模光纤的连接已经成为数据中心的光传输媒介的最佳选择。目前数据中心普遍布署的是OM3/OM4连接解决方案，不仅可以满足10G双纤串行传输的需求，而且也可以提供向未来的40G/100G迁移的并行光通道。同时，数据中心中的高端口数的10G/40G/100G设备需要高密度的光纤连接，以简化线缆管理、优化布线路线和空间的利用，并实现节能环保。

1 高传输速率需求

服务器虚拟化和网络汇聚是高速率网络发展的驱动力。服务器虚拟化把多个应用集成在一个服务器上，提高了服务器的利用率，从而减少了服务器的数量。虚拟化软件和多核处理器的技术增长提升了单个服务器所能支持的应用数量（如图1所示）。传统的每个服务器只支持一个应用，其利用率为15%～20%，虚拟服务器目前可以支持20～25个应用，能够将利用率提升到80%～90%。预期在不远的将来，虚拟服务器可以支持100个应用。在一个物理服务器上运行25个应用，实际上相当于减少了24个单一应用的服务器，大大降低了材料和能源的消耗。

图1

每个服务器所支持的应用数量的增加产生了10G以上传输速率的需求。根据服务器的带宽需求，一个8核处理器将驱动数十个Gbps的带宽，这就要求有更高的服务器输入输出，即要求高速网络构架的支持。图2是服务器连接速度的预测（10G、40G、100G），预计在后续两年内，10G系统会在服务器和网络交换机（包括核心和边缘交换机）得到迅速部署。

因为每个网络需要特定的电子设备和布线系统，利用多网络的数据中心将面临着运行和维护方面的问题。以太网和光纤通道是典型的网络，以太网为用户和计算机系统之间提供了LAN，而光纤通道则提供了服务器和存储之间的连接，形成一个存储区域网络（SAN）。在标准的做法中，光纤通道和以太网会被组合应用，即FCoE（Fibre Channel over Ethernet）。FCoE仅仅是一种传输方式，即光纤通道帧在服务器端被封装进以太网帧。服务器将光纤通道帧封装进以太网帧，然后把他们送进以太网，在接收端，这些以太网帧将被解封装为光纤通道帧。这种组合网络利用低成本的以太网设备来传送以太网和光纤通道数据。表1提供了FCIA的FCoE传输速率的发展路标。10G FCoE利用串行双工光传输，而40G/100G FCoE则需要并行光通道传输。

图2

表1 FCoE 路标

2 OM3和OM4光纤是数据中心的选择

OM3和OM4激光优化50/125μm多模光纤是数据中心光纤连接的最佳选择。由于多模光纤在串行或并行传输应用中，只需要低成本的850nm光收发器，对比单模光纤，多模光纤有可观的优势。多模光纤的并行传输标准在2010年6月修正的IEEE 802.3ba 40G/100G以太网标准中阐明。该标准指定并行光传输而非串行传输，这是因为在标准制定时850nm VCSEL的调制技术的限制。OM3和OM4是标准中包含的仅有的多模光纤。该40G/100G标准没有针对UTP/STP铜缆的规范。

表2提供了OM3和OM4在以太网和光纤通道的标准传输距离。这些距离计算中，除了OM4 40G/100G系统假定全部的接头损耗为1.0dB，其他的系统都假定全部接头损耗为1.5dB。OM3和OM4完全有能力支持传统的和未来的传输速率要求，预期可以为物理层提供15～20年的服务寿命。

表2 850 nm 以太网传输距离（m）

850 nm 光纤通道距离（m）

3 高密度光连接

目前已经有配置的48 SFP+端口线路板的网络交换机产品的应用，每个交换机子架使用超过1000芯的OM3/OM4光纤，以支持10G双工光纤串行系统运行。未来的40G/100G交换机计划使用超过每子架4000芯光纤以支持并行光纤系统。网络设备的高光纤芯数要采用高密度的光缆和硬件解决方案以最大程度的利用空间和布线通道，简化线缆管理以及到系统电子设备的连接。

弯曲性能为优化的OM3/OM4光纤提供了显著优化的光缆弯曲半径和更小的硬件组件，从而实现数据中心的最高密度连接。对比传统的多模光纤，弯曲性能优化的OM3/OM4光纤在4000芯以上的应用中，使主干光缆的直径减少了15%～30%，硬件配线面板的占用空间也相应减少。主干光缆直径的减少意味着更少的布线通道和空间，也就提高了布线支架的使用率，减少了安装材料的成本。

今天的数据中心需要安装高密度的12芯MPO OM3/OM4主干光缆，这种光缆可以用于目前的双工光纤串行传输，同时也可以有效迁移到未来的并行光传输系统，即提供交换机设备和服务器网络接口之间的MPO接口连接。

康宁公司的Pretium EDGETM高密度模块化的4U和1U光纤配线架通过MPO/LC模块的使用，可以很容易的支持双工光纤串行传输，并简化到并行光传输的迁移。MPO/LC模块可以实现从主干光缆终端的12芯MPO接口到单工或双工光纤LC接头的转换。单工和双工跳线被用于系统设备端口和交叉配线面板之间的连接。在需要实现并行光传输时，MPO/LC模块可以很容易的移除并用MPO耦合器模块来代替。在收发器接口，40G多模光纤传输使用12芯MPO，100G多模光纤传输将使用24芯MPO接头。

Pretium EDGETM配线架集成了可以容纳MPO/LC模块的托盘。每个托盘有4个独立的MPO/LC模块，便于移动、增加和改变。4U和1U的配线架分别有12个和2个托盘。4U的配线架通常用于连接高密度网络设备，或者用于交叉连接。1U的配线架通常用于主干光缆到架顶边缘交换机的连接。从图3和图4可以看到配线架的设计，表3、表4列出了配线架的容量。

MPO/LC分支跳线已经成为高端口数网络交换机连接的常用解决方案。分支跳线一端为MPO接头，另一端则是单工或者双工LC接头。对比传统的双芯跳线，分支跳线显著的减少了设备机柜中的线缆体积，便于管理，且提升了制冷效率。另外，分支跳线也可以配置等差长度的管线支脚，以适应网络设备线路板卡上不同接口位置所需的不同线缆长度。当迁移到并行光传输时，只需移除分支跳线，更换为适当的MPO跳线即可。