光纤通道- OM3/OM4光连接对速度的需求

Anthony Robinson, RCDD CDCDP®CNIDP®康宁公司。最初发表于ICT Today 2019年5月6日。

企业数据中心传统上专注于数据存储和灾难恢复准备，但它们并不总是能满足实时、多用户数据检索的需求。在当今不断发展的数字市场中，用户越来越多，数据也越来越多。这种增长给数据中心带来了压力，必须为全球越来越多的互联网用户提供更快的数据传输。面对大数据，数据中心的运营正在从存储转向根据需求对数据进行实时分析和处理。

今天，组织正在转向区块链，这是一个作为数字记录保存器的系统，利用世界各地的多个加固数据中心来验证数据集的更改。区块链将加强对基于数据中心网络的安全基础设施的需求。根据研究和市场研究公司的数据，区块链的市场规模将从2018年的12亿美元跃升至2023年的230亿美元，部分原因是传统金融和交易功能之外面向企业的应用程序和服务的发展。数据中心必须适应新的业务战略。

为了为这类技术铺平道路，大型数据中心在云计算快速增长的推动下，正在发展其数字基础设施。包括互联网巨头在内的许多公司都在增加对国内外数据中心的投资，以确保它们为下一代云服务做好准备。但他们需要适当的基础设施，以确保数据、语音和视频能够快速无缝地传输给越来越多的用户。不仅如此，他们还需要一种安全的方式来跟踪敏感数据。由于这些原因，许多数据中心正在从目前的3级树网络架构过渡到spine-and-leaf网络架构，这可以适应区块链系统和不断增长的数据处理需求。但这种转变意味着什么呢?

传统企业的数据中心流量主要由本地客户端到服务器交互(从北到南)主导，而大型互联网数据中心的网络流量主要由云计算应用程序所需的服务器到服务器流量(从东到西)主导。通过应用程序访问数据的用户数量不仅庞大;他们也有多样化和碎片化的需求，需要不间断的用户体验。互联网数据中心需要更高的带宽和更有效的网络架构来支持来自大量用户的高流量峰值。这些数据流量的激增可能是由视频通话、在线音乐和视频需求、游戏、购物、新闻事件等各种因素造成的。

目前主流的三级树状网络架构是基于传统的北向南传输模式。当一台服务器需要与另一台不在同一网段的服务器通信时，其服务器需要经过的路径为:接入层->汇聚层->核心层<-汇聚层<-接入层。在一个有数千台服务器在云计算环境中通信的大数据服务中，这种模型并不有效，因为它会消耗大量的系统带宽并产生延迟问题。

为了应对这些挑战，世界上的大型互联网数据中心越来越多地采用spine-and-leaf网络架构，这种架构更有效地在服务器之间(从东到西)传输数据。参见图1。

该网络结构主要由两部分组成:主干交换层和叶交换层。其最大的优点是每个叶交换机都连接到一个吊舱内的每个脊柱交换机，大大提高了通信效率，减少了服务器之间的延迟。此外，采用spine-and-leaf 2级网络架构，避免了昂贵的核心层交换设备的需求，便于根据业务需要逐步增加交换机和网络设备进行扩展，节省了初始投资成本。

数据中心经理在部署具有spine-and-leaf 2级架构的数据中心时遇到了新问题。由于需要一个叶开关来连接每个脊柱交换机，管理大量的电缆成为一个主要的挑战。康宁的网格互连模块(表1)解决了这一难题。

许多用户已经开始使用高密度40G开关线卡作为10G应用的一部分。事实上，根据收发器供应商的数据，超过50%的40G多模部署都利用了这一功能。例如，高密度10G SFP+线卡有48个10G端口，而高密度40G QSFP+板可能有36个40G端口。因此，在相同的走线空间和功耗条件下，可以使用40G线卡获得4x36 = 144 x 10G端口，从而降低单端口10G的成本和功耗。随着速度进一步提高到100G，这些成本的节省也可以得到赞赏，我们在2018年底看到400G将于今年开始发货，都具有进入低速服务器连接的能力。

为了简单起见，我们将继续使用40G中断示例。图2显示了网格模块在布线系统中的三种典型应用。4个QSFP 40G通道(A, B, C, D)在mesh模块的MTP输入处被分成4x4个10G通道。然后在网格模块内打乱10G通道，以便与QSFP收发器A相关的四个10G通道被分割到四个MTP输出。结果是连接到一个MTP输出的四个SFP收发器从每个QSFP收发器a、B、C和d接收10G通道。因此，我们在QSFP脊柱交换机端口和叶式交换机端口之间实现了完全网状的10G光纤连接，而无需在主分布区(MDA)断开LC连接。

下面的示例描述了如何在MDA中优化spine-and-leaf的布线结构。例如，我们使用带有48 x 10G SFP+端口线卡的叶式交换机和带有4x36 40G QSFP+端口线卡的脊柱式交换机。当一台叶交换机的超配比为3:1时，每台叶交换机的16个10G上行端口需要连接到16台脊柱交换机。如图3所示，将脊柱交换机的40G端口作为4个10G端口使用，每个脊柱交换机需要连接4x36x4 = 576个叶开关。

如果使用传统的布线实现完整的织物网格的脊椎和叶开关,一个40 g QSFP +每个脊椎交换机坏了到港4 x 10 g渠道在MDA MTP-to-LC模块,然后正交磁场通过补丁电缆的相应数量MTP-to-LC模块连接到叶的10 g通道开关(如图所示左侧的图4)。传统方法并没有被广泛使用,因为布线系统是非常复杂的,成本相对较高，并且需要MDA大量的机架空间。在这种情况下，使用网格模块可以很好地解决这些问题。如图4右侧的图形所示，在MDA中使用的网络模块的情况下，无需通过MTP-to-LC模块将脊柱交换机的40G端口突破到10G通道，即可实现叶交换机的全网格。这通过消除大量LC-to-LC补丁字段，极大地改善了MDA布线结构，对用户有很大的价值，如表2所示。

一旦有了适当的基础设施来支持不断增长的数据流量，数据中心就可以更好地保护数据。通过最近的比特币和以太坊等例子，区块链已经成为流行的解决方案，但它们并不局限于金融领域。这项技术是一种外部账本。它的加密方法可以将数据分布在多台计算机上，这使得黑客更难入侵。

区块链的一个主要特点是它倾向于“共享社区”，在这里，私人用户可以出租硬盘驱动器上的额外空间，供其他用户存储数据。然而，这并没有消除潜在的商业利益。采用该技术的数据中心可以为客户提供更安全的敏感信息存储方法。

数据中心网络基础设施正在经历重大变革，以满足不断增长的数据流量需求和安全存储敏感信息的需求。与此同时，他们必须支持物联网、5G网络和数十亿新设备，同时继续提供这种互联所需的不断增长的速度和规模。

数据中心正在发生变化，不仅是在架构层面，而且在物理层面。有越来越多的多光纤连接提供高密度连接。10G接口已经不能满足数据中心的带宽需求。

随着数据中心对网络带宽要求的提高，数据中心网络骨干已经从10G逐步升级到40G, 100G部署成为常态。通过将40G分解为4 x 10G，或将100G分解为4 x 25G, spine-and-leaf网络架构将为管理大数据分布提供经济高效的网络结构。利用网格模块实现脊柱和叶子网络的全织物网格，支持当前的40G或100G网络，同时随着用户需求的增长确保无缝过渡到未来的400G网络功能。

数据中心不仅必须不断发展以满足更高流量和更多设备的需求，而且还必须优先考虑安全存储用户的敏感数据。通过改变他们的架构并采用区块链策略，他们可以向前迈出下一步，建立一个完全连接的社会。