作者:康宁公司David Hessong和Derek Whitehurst
出现在光波2018年7月19日
的数据中心互连应用程序已成为网络领域中一个重要且快速增长的部分。本文将探讨这种增长的几个原因，包括市场变化、网络架构变化和技术变化。
数据的巨大增长推动了数据中心园区的建设，尤其是超大规模数据中心。现在，校园里的几栋建筑都必须有足够的带宽连接。你可能会问多少带宽?为了保持单个园区内数据中心之间的信息流动，每个数据中心可以以高达200tbps的容量向其他数据中心传输信息，未来需要更高的带宽(参见图1)。
下一个问题是，是什么推动了校园内建筑之间对如此大量带宽的需求。这可以用两个方面日益增长的趋势来解释。首先，东西流量的指数级增长正受到机器对机器通信的支撑。第二个趋势与扁平化网络架构的采用有关，例如叶-脊网络或Clos网络。我们的目标是在校园内建立一个大型网络结构，因此需要在设施之间建立大量的连接。
传统上，数据中心的架构采用三层拓扑结构，由核心路由器、聚合路由器和接入交换机组成。尽管已经成熟并得到了广泛部署，但传统的三层架构已无法满足超大规模数据中心园区环境中不断增长的工作负载和延迟需求。因此，今天的超大规模数据中心正在迁移到叶-脊架构(参见图2)。在叶-脊架构中，网络分为两个阶段。主干阶段用于聚合和路由数据包到最终目的地，叶子阶段用于跨主干连接终端主机和负载平衡连接。
理想情况下，每个叶子交换机扇形向外延伸到每个主干交换机，以最大限度地提高服务器之间的连通性，因此，网络需要高基数的主干/核心交换机。在许多环境中，大型骨干交换机连接到更高级的骨干交换机，通常称为校园或聚合离子骨干，将校园中的所有建筑物连接在一起。由于这种扁平化的网络架构和高基数交换机的采用，我们期望看到网络变得更大、更模块化、更可扩展。
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| 图2。叶脊架构和高基数交换机需要在数据中心结构中进行大规模互连。 |
DCI连接方法
那么，在数据中心园区内的建筑物之间提供这种带宽的最佳和最具成本效益的技术是什么?已经评估了多种方法来提供这个水平的传输速率，但普遍的模型是在许多光纤上以较低的速率传输。使用这种方法要达到200tbps，每个数据中心互连需要超过3000根光纤。当您考虑将单个园区内的每个数据中心连接到每个数据中心所需的光纤时，密度很容易超过10,000根光纤。
一个常见的问题是，什么时候使用密集波分复用或者其他技术来提高每根光纤的吞吐量，而不是不断增加光纤的数量。目前，高达10公里的数据中心互连应用通常使用1310nm的收发器，这与DWDM系统的1550nm传输波长不匹配。因此，通过在数据中心之间使用高光纤数电缆来支持大规模互连。
下一个问题是，何时在边缘交换机中添加mux/demux单元，将1310nm收发器替换为可插拔DWDM收发器。答案是DWDM何时或是否成为这些校园数据中心互连链路的经济有效的方法。一旦这种情况发生，同样的带宽将通过使用DWDM收发器与更少的光纤计数电缆相关联来实现。
为了对这种转变进行估计，我们需要查看DWDM收发器的价格，并与现有收发器进行比较。基于整个链路的价格模型，目前的预测是，在可预见的未来，基于光纤丰富的1310nm架构的连接将继续更便宜(见图3)。PSM4(8根光纤)替代品已被证明对于小于2公里的应用具有成本效益，这是推动光纤数量增加的另一个因素。
电缆选择的最佳实践
既然我们已经确定了对极端密度网络的需求，那么了解构建它们的最佳方法就很重要了。这些网络在布线和硬件方面都提出了新的挑战。例如，使用松管电缆和单光纤拼接是不可扩展的或不可行的。如果您使用松管设计安装1728光纤电缆，您的拼接时间将超过100小时，假设每次拼接4分钟。如果使用带状电缆配置，则拼接时间缩短至20小时以下。虽然20小时的拼接时间仍然很长，但与单光纤电缆类型相比，它节省了大量的时间。
同时，当安装在常用的2英寸或4英寸管道中时，传统的电缆设计面临着巨大的挑战。新的电缆和带状设计已经进入市场，在相同的横截面积下，光纤容量基本上翻了一番。这些产品通常分为两种设计方法:一种方法使用具有更紧密可封装亚单元的标准矩阵带，另一种方法使用具有中心或开槽芯设计的标准电缆设计，其松散连接的网设计带可以相互折叠(参见图4)。
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| 图4。不同的带状电缆设计，用于极端密度应用。 |
利用这些较新的电缆设计可以在相同的管道空间中实现更高的光纤浓度。图5说明了如何使用不同的新型极端密度风格电缆组合，使网络所有者能够实现超大规模级数据中心互连所需的光纤密度。
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| 图5。采用极密度电缆设计，使相同管道空间的光纤容量增加一倍。 |
当利用这些新的带状电缆设计时，网络所有者需要考虑能够充分处理和扩展这些非常高的光纤数量的硬件和连接选项。现有的硬件很容易不堪重负，在开发完整的网络时，有几个关键方面需要考虑。
要连接到1728到3456光纤的工厂外部电缆，你需要安装多少工厂内部电缆?如果您目前在工厂内部环境中使用288根光纤带状电缆，那么您的硬件必须能够充分容纳12到14根电缆。您的硬件还必须管理288个单独的带状拼接。在这种应用中使用任何单光纤类型的电缆和单光纤拼接方法都是不可行或不可取的，因为需要大量的准备时间和笨拙的光纤管理。
另一个具有挑战性的领域是跟踪纤维以确保正确的拼接。由于需要跟踪和布线的光纤数量很大，因此在电缆打开后，需要立即对光纤进行充分的标记和分类。确保色带堆叠可以捆绑在一起，并在加载到硬件保护应该是一个优先事项，以避免损坏任何纤维。在大多数安装中，导致重做电缆准备的错误是可以管理的。在极端密度网络的情况下，一个错误可能会对项目的完成产生严重影响，甚至可能导致一个地点延迟一周。
未来布线趋势
极端密度网络的未来会怎样?现在最重要的因素是纤维数量是否会停止在3456，或者我们是否会看到这些数量会更高。目前的市场趋势表明，即使超过5000个，也会有要求。为了保持基础设施仍然可以扩展，减小电缆尺寸的压力将会增加。随着光纤填充密度已经接近其物理极限，以有意义的方式进一步减小电缆直径的选择变得更具挑战性。
一种获得关注的方法是使用涂层尺寸从典型的250微米减小到200微米的纤维。光纤芯和包层尺寸保持不变，因此光学性能没有变化。但是，当在电缆中扩展到数百到数千根光纤时，这种尺寸的减小可以大大减少电缆的总横截面积。该技术已经应用于一些电缆设计中，并已用于制造商用的微型松管电缆。
开发还集中在如何最好地提供数据中心互连链接到相隔很远的位置，而不是在同一个物理园区内。在典型的数据中心校园环境中，典型的数据中心互连长度为2公里或更短。这些相对较短的距离使得一根电缆可以在没有任何拼接点的情况下提供连接。然而，随着数据中心也被部署在大都市周围以减少延迟时间，距离正在增加，可以接近75公里。由于长距离连接大量光纤的成本较高，因此在这些应用中使用极密度电缆设计的经济意义较小。在这些情况下，更传统的DWDM系统将继续是首选，在40G和更高的情况下运行较少的光纤。
我们可以预期，随着网络所有者为即将到来的光纤密集型5G部署做准备，对极高密度布线的需求将从数据中心环境迁移到接入市场。yobet评论开发能够有效扩展以达到所需纤维数量的产品，同时不会压倒现有管道和工厂内部环境，这将继续成为行业的挑战。
David Hessong是康宁光通信全球数据中心市场开发经理，derrick Whitehurst是康宁光通信全球应用市场总监。
