高密度光纖鏈路在數據中心中的應用

現在——數據中心的設備將被組織并分成各個(gè)不同的功能區域：服務(wù)器區、存儲設備區、中心交換機區、路由器和高性能的集群計算機區。這種有序的安排，對于服務(wù)要求的增長(cháng)、電源及冷卻系統的結構化設計會(huì )有稍微的幫助?？梢韵胂?，物理的空間是很難再增加的，現在的結構可以比較昂貴地去支持此種非急需的需求。數據中心將會(huì )按照功能模塊劃分區域。當需要有對新增需求的投資時(shí)，這種結構不會(huì )因時(shí)間的流逝而阻礙投資的效用。

促進(jìn)無(wú)縫聯(lián)接

在此基礎架構上的互聯(lián)問(wèn)題會(huì )影響到線(xiàn)路“互聯(lián)”的需求（或者是“串聯(lián)”）。在很早以前，數據中心的角色就是聯(lián)接到“任何地方”。很多的用戶(hù)在企業(yè)或者是廣域網(wǎng)中都想訪(fǎng)問(wèn)到所有的在服務(wù)器上運行的服務(wù)，所以需要服務(wù)器都可以直接訪(fǎng)問(wèn)到存儲的設備等。核心交換機是促進(jìn)背板交換形式的聯(lián)接，但也同時(shí)意味著(zhù)布線(xiàn)需要提供每個(gè)功能區域，每個(gè)模塊和每個(gè)核心區域之間的互聯(lián)。最大的容量，最長(cháng)的布線(xiàn)系統到來(lái)了，隨著(zhù)時(shí)間的增長(cháng)，將會(huì )需要增加更多的線(xiàn)路及更快的鏈路速度。

傳統的方案，而且在設備并不是太多時(shí)，從服務(wù)器到交換機及存儲設備，會(huì )使用個(gè)別的長(cháng)跳線(xiàn)去直接互接。在一個(gè)小的數據中心中，這是有可取之處的。它有比較低的成本而且可行。但是當設備及數據中心的應用開(kāi)始增長(cháng)時(shí)，這種點(diǎn)到點(diǎn)形式的直聯(lián)跳線(xiàn)方式會(huì )慢慢地扼殺一個(gè)數據中心。所有人都有這樣的經(jīng)驗，隨著(zhù)時(shí)間的增長(cháng)，這種如面條般的跳線(xiàn)會(huì )越來(lái)越多。設備的變更，增加變得越來(lái)越難以控制及管理。由于間接性的存儲損耗，個(gè)別的線(xiàn)路性能和可靠性開(kāi)始下降。最后，可利用的線(xiàn)路布放空間變得擁擠及阻塞，嚴重影響到將來(lái)應用的擴展?，F今結構化布線(xiàn)的設計，開(kāi)始慢慢被人們所接受。它很好地適應將來(lái)數據中心的模塊化設計思路，增加可管理性，可靠性及可測量性。然而，它同時(shí)帶來(lái)了比較高的初期建設費用及需要注意布線(xiàn)系統中因增加了更多的聯(lián)接后產(chǎn)生的額外的損耗。

當設計及建設一個(gè)結構化光纜布線(xiàn)系統時(shí)，不可避免的幾個(gè)問(wèn)題是：使用那種光纜？將會(huì )有多少種的標準？對于光纜的問(wèn)題，答案將會(huì )是比較清晰的：OM3（激光優(yōu)化50um的光纜）能提供比較低的系統總價(jià)格（光纜加上激光發(fā)射器），能支持足夠多的設備及鏈路長(cháng)度，而且帶寬能支持將來(lái)的100Gbits/sec協(xié)議。行業(yè)的OM4標準也已經(jīng)發(fā)布。它本質(zhì)上是一個(gè)更加高帶寬的OM3光纖，支持更長(cháng)的鏈路和更多的應用。因為高速度的數據應用通常會(huì )使用現有鏈路的長(cháng)度變短，所以必須計劃好線(xiàn)路的結構及未來(lái)如何升級。

光纖數量的需求需要有詳細的計劃及計算。首先，考慮每個(gè)設備機柜的數據交換結構及級別，最終每一行機柜的級別，和集合的級別。其次是考慮將要使用設備的類(lèi)型及密度。然而這是沒(méi)有一個(gè)簡(jiǎn)單及容易回答的答案?；谝阎O備的類(lèi)型（比如是刀片式服務(wù)器）是可能設計及提供光纖在每個(gè)機柜的數量的。有二個(gè)需要考慮的要點(diǎn)：

1.確認每行機柜需要的總的光纖數量，配置一個(gè)在以后日子中可以靈活配置及更改的每個(gè)機柜的光纖使用量。

2.計劃好光纖線(xiàn)路由及互聯(lián)光纖配線(xiàn)箱，方便將來(lái)在每行的機柜上增加光纖。例如，處理能力從10Gbit鏈路升級到40G及100G時(shí)，意味著(zhù)每個(gè)鏈路從使用2芯光纖升級到使用8或者20芯平行的光纖。

根據設備技術(shù)的發(fā)展，大概很難從開(kāi)始就提供超前數量的光纖。但是使用靈活的光纖布線(xiàn)系統去支持將來(lái)的需求，而且在將來(lái)增加光纖數量時(shí)對于整體的布線(xiàn)系統不會(huì )產(chǎn)生太大的影響，是可以做到的。建議最少在每個(gè)機柜中布置24芯的光纖。對于虛擬計算，高密度刀片式服務(wù)器，集中的以太網(wǎng)光纖通道，10G線(xiàn)路等應用，每個(gè)機柜中布置48芯或者是96芯給高可用性的光纖配線(xiàn)箱是一個(gè)好的選擇。

危險的跳線(xiàn)

最基本及必需的組件，跳線(xiàn)，是一種很容易管理的系統，但是同時(shí)它也可能是最復雜及最麻煩的東西。通常的問(wèn)題都是這樣：這條跳線(xiàn)的另外一端在那里？如果（跳線(xiàn)）沒(méi)有插上會(huì )有什么壞的影響？我要如何或者是在那里才能提供新的線(xiàn)路？

一個(gè)健全的標簽及文檔系統，是第一重要的事情，但是大部分的跳線(xiàn)，特別是在高密度應用的區域，經(jīng)常是出乎用戶(hù)邏輯控制之外。

端口密度將會(huì )因適合光纖交換機接口類(lèi)型而受到限制，那些SFP光纖轉換器，并且是雙工的LC接頭，近年來(lái)已經(jīng)減少了光纖接頭的體積并提高了二倍的光纖密度。相對的，那些小的標準化接頭已經(jīng)把線(xiàn)纜的體積從3mm直徑變成了2mm甚至于更加小。但是現在，我們有太多的光纖跳線(xiàn)，它們都已經(jīng)有些吃力，原因是來(lái)自于現場(chǎng)的因彎曲引起的問(wèn)題越來(lái)越嚴重。幸運的是，一種新的，有彈性的，對于彎曲不敏感的光纖出現了，并可以很好地解決上述的問(wèn)題。

一個(gè)額外的方法，是使用Harness多光纖組合跳線(xiàn)。它可以把6條跳線(xiàn)大小的體積集中到一條3mm的線(xiàn)纜中。當更多地使用Harness跳線(xiàn)時(shí)，它也能很好地減少聯(lián)接到交換機接口上的跳線(xiàn)體積，使其更好訪(fǎng)問(wèn)及線(xiàn)纜的走向很清晰，管理也更加容易。使用工業(yè)標準的MPO接頭后，在同樣體積的雙芯LC接頭情況下，一端的Harness跳線(xiàn)可以非常好地提高跳線(xiàn)的密度并減少機柜中線(xiàn)路互聯(lián)的使用空間。下一代的并行光路傳輸速率40G和100Gbit/sec，將會(huì )使用這種MPO結構的激光光源接口。

配線(xiàn)箱變得更加的重要

對于光纖配線(xiàn)箱的二個(gè)基本要求是：提供關(guān)鍵的光纖功能及保護互聯(lián)的光纖。通常，光纖的配線(xiàn)箱會(huì )占用寶貴的機柜空間，所以如果能占用更少的機柜空間是一個(gè)好的做法。然而太少的空間會(huì )影響到光纖的容易訪(fǎng)問(wèn)及可靠性，或者是影響到光纖系統的組織及管理。所以這個(gè)金屬箱子實(shí)際上有一個(gè)重要的意義是：在設計時(shí)要聰明地把更多的光纖聯(lián)接點(diǎn)存放在內并使用更少的空間，而且不影響跳線(xiàn)的管理及系統的功能。

一個(gè)設計得好的光纖端接配線(xiàn)箱應有如下的品質(zhì)。

•一個(gè)良好的對于每根進(jìn)入配線(xiàn)箱中線(xiàn)纜進(jìn)行扭力釋放的機制。其中有一個(gè)問(wèn)題是牽拉光纖接頭時(shí)不注意使用光纜中的紡輪紗牽引線(xiàn)。 一條144芯緊套光纜，如果是在現場(chǎng)端接，需要大概0.92英寸的直徑，這將會(huì )是工廠(chǎng)預端系統線(xiàn)纜的2倍。

•確認手指能夠在面板前面方便地插撥跳線(xiàn)，并確認跳線(xiàn)已經(jīng)正確地鎖緊在耦合器上。同樣的，當跳線(xiàn)被撥下時(shí)，將不會(huì )影響到其它的跳線(xiàn)。沒(méi)有比撥錯跳線(xiàn)或者是撥錯了正在運行的跳線(xiàn)更加糟糕的事情。

•一個(gè)清晰的，有條理和容易看到的標簽系統，它需要放在你的面前，而不是藏起來(lái)或者是需要打開(kāi)的地方。同時(shí)它需要容易增加、刪除和更改上面的信息。一個(gè)過(guò)時(shí)的標簽比沒(méi)有任何標簽更加差。

•跳線(xiàn)的組織及管理，當光纖系統密度提高時(shí)，避免大量跳線(xiàn)的混亂狀態(tài)開(kāi)始變得困難。一個(gè)好的配線(xiàn)箱將會(huì )提供一個(gè)直視的，有路由導向及容易管理跳線(xiàn)變更的功能，這都是技術(shù)人員所注重的事項。

正確的聯(lián)接

光纖接頭日益重要也是一個(gè)難題?，F在所有在數據中心的接頭都已經(jīng)是工廠(chǎng)做好的，不管是光纖跳線(xiàn)還是端接的主干光纜。但是接頭的選擇和它的性能的關(guān)鍵是提供任意的聯(lián)接。雙芯的接頭在幾種的聯(lián)接方式（傳輸和接受），在交叉互聯(lián)和設備接口上是很必須的。今天最常用的接頭，能提供小的體積，高密度應用的是雙芯的LC接頭。在互聯(lián)區域，那些光纖開(kāi)始聚焦，更多的光纖接頭提供更高的密度?，F在最流行的是12芯的MPO接頭。

升級后的40G和100G網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，現在我們稱(chēng)為并行的連續光路協(xié)調，PMO接頭也開(kāi)始變得更加詳細及成為將來(lái)的設備標準。另外一個(gè)挑戰是布線(xiàn)系統需要無(wú)縫地從10G升級到40G,100G，就好象某些應用會(huì )存在，但是接頭類(lèi)型需要變更一樣。一個(gè)好的消息是12芯的MPO主干光纜已經(jīng)變得十分流行，而且它是適應將來(lái)的變化，而不需要更換接頭，只需要管理好極性而且光纖配線(xiàn)箱已經(jīng)為高芯數光纜做好了準備。

在光鏈路的總體損耗計劃中，光纖接頭通常是其中的弱項。在網(wǎng)絡(luò )的協(xié)議越來(lái)越快，總體損耗的余量開(kāi)始變得緊張，并開(kāi)始受到控制時(shí)，接頭的損耗已經(jīng)超出了線(xiàn)纜本身的損耗值。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，更低損耗的一對光纖接頭會(huì )更加理想。然而，對于多芯的MPO接頭，每個(gè)光纖組都是同等的重要，所以最大的損耗是已經(jīng)考慮好的。

一個(gè)更加需要擔心和考慮的是接頭引起的傳輸模式聲噪。如果沒(méi)有理解好模式聲噪的影響，這將會(huì )不容易說(shuō)明白加更多的配對接頭可以增加接頭的可接受損耗。這是一個(gè)復雜的而且現場(chǎng)難以檢測的事情。所以請確認接頭的供應商明白這個(gè)問(wèn)題并且已經(jīng)在實(shí)驗室里做好相關(guān)的質(zhì)量評估。

光纖系統的結構

光纜最先大量的在室外工廠(chǎng)使用。布線(xiàn)系統很大程度上是取決于它的需求。當光纜開(kāi)始遷移到室內使用時(shí)，總結出三個(gè)重要的光纖布線(xiàn)設計方向是：

1.光纖的最低要求芯數已經(jīng)從6芯到12芯

2.遵循建筑物的防火要求，通常的結果是要求大量線(xiàn)纜的外套是要低煙及阻燃的。

3.有大量短距離線(xiàn)纜和光纖接頭，因而需要可以直接使用的聯(lián)接方式。

因此，細小的光纖被做得比較大，從而方便現場(chǎng)的處理及實(shí)現端接。在過(guò)去的幾年中，更多的光鏈路在室內得到應用，特別是在數據中心的環(huán)境下。纖芯數量不斷增加的結果，是線(xiàn)纜開(kāi)始變得更加粗，硬而且不好處理。所以最終用戶(hù)需要面對一個(gè)選擇，是使用一條比較大芯數的線(xiàn)纜還是使用幾條小芯數的容易處理的線(xiàn)纜？特別是有一行機柜的都是核心交換機機，需要聯(lián)接到服務(wù)器機柜的情況下，使用幾條小芯數的線(xiàn)纜看起來(lái)更加有吸引力，因為它可以做到光纜直接聯(lián)接各個(gè)機柜，而不是列頭柜。然而，隨著(zhù)時(shí)間的推移，這樣的做法會(huì )損失了可以容易及有效管理此一行機柜配線(xiàn)的機會(huì )。

所以我們需要一個(gè)方案，是線(xiàn)纜既可以做到高的芯數，而又擁有象細的線(xiàn)纜一樣的特性。由于光纖在數據中心的應用，現場(chǎng)預端接變得更加有吸引力。在一些大的項目中，數據中心內上萬(wàn)條獨立的光纜接頭難以管理的問(wèn)題迎刃而解，只因為使用了現場(chǎng)預端接的即插即用系統。

使用工廠(chǎng)預端接光纜必須計算好長(cháng)度，它需要計算值中有些余量，因為線(xiàn)纜需要做一些盤(pán)繞。所以小的線(xiàn)纜直徑及柔韌性變得很重要。小直徑的線(xiàn)纜可以在線(xiàn)槽、線(xiàn)管、地下及天花上存放更多的數量。它們更加輕，更加柔軟，而且轉彎半徑更加小，變得容易安裝。融合了更小，更靈活，工廠(chǎng)預端接的高芯數線(xiàn)纜變成非常有用及友好的系統設計工具，保留了關(guān)鍵的工廠(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)纜高適應性的設計目標。

使用一個(gè)良好的結構化布線(xiàn)廠(chǎng)家產(chǎn)品是數據中心有價(jià)值的資產(chǎn)。