高速率需求驅動OM3/OM4高密度光纖連接在數據中心的應用

文｜美國康寧公司 Doug Coleman 著 郭輝略 譯

為了響應服務器虛擬化、網絡匯聚以及緩和服務器I/O瓶頸的需求，10GBase-SR以太網逐漸成為數據中心的基礎網絡。采用OM3/OM4激光優化50/125μm多模光纖的連接已經成為數據中心的光傳輸媒介的最佳選擇。目前數據中心普遍布署的是OM3/OM4連接解決方案，不僅可以滿足10G雙纖串行傳輸的需求，而且也可以提供向未來的40G/100G遷移的并行光通道。同時，數據中心中的高端口數的10G/40G/100G設備需要高密度的光纖連接，以簡化線纜管理、優化布線路線和空間的利用，并實現節能環保。

1 高傳輸速率需求

服務器虛擬化和網絡匯聚是高速率網絡發展的驅動力。服務器虛擬化把多個應用集成在一個服務器上，提高了服務器的利用率，從而減少了服務器的數量。虛擬化軟件和多核處理器的技術增長提升了單個服務器所能支持的應用數量（如圖1所示）。傳統的每個服務器只支持一個應用，其利用率為15%～20%，虛擬服務器目前可以支持20～25個應用，能夠將利用率提升到80%～90%。預期在不遠的將來，虛擬服務器可以支持100個應用。在一個物理服務器上運行25個應用，實際上相當于減少了24個單一應用的服務器，大大降低了材料和能源的消耗。

圖1

每個服務器所支持的應用數量的增加產生了10G以上傳輸速率的需求。根據服務器的帶寬需求，一個8核處理器將驅動數十個Gbps的帶寬，這就要求有更高的服務器輸入輸出，即要求高速網絡構架的支持。圖2是服務器連接速度的預測（10G、40G、100G），預計在后續兩年內，10G系統會在服務器和網絡交換機（包括核心和邊緣交換機）得到迅速部署。

因為每個網絡需要特定的電子設備和布線系統，利用多網絡的數據中心將面臨著運行和維護方面的問題。以太網和光纖通道是典型的網絡，以太網為用戶和計算機系統之間提供了LAN，而光纖通道則提供了服務器和存儲之間的連接，形成一個存儲區域網絡（SAN）。在標準的做法中，光纖通道和以太網會被組合應用，即FCoE（Fibre Channel over Ethernet）。FCoE僅僅是一種傳輸方式，即光纖通道幀在服務器端被封裝進以太網幀。服務器將光纖通道幀封裝進以太網幀，然后把他們送進以太網，在接收端，這些以太網幀將被解封裝為光纖通道幀。這種組合網絡利用低成本的以太網設備來傳送以太網和光纖通道數據。表1提供了FCIA的FCoE傳輸速率的發展路標。10G FCoE利用串行雙工光傳輸，而40G/100G FCoE則需要并行光通道傳輸。

圖2

表1 FCoE 路標

2 OM3和OM4光纖是數據中心的選擇

OM3和OM4激光優化50/125μm多模光纖是數據中心光纖連接的最佳選擇。由于多模光纖在串行或并行傳輸應用中，只需要低成本的850nm光收發器，對比單模光纖，多模光纖有可觀的優勢。多模光纖的并行傳輸標準在2010年6月修正的IEEE 802.3ba 40G/100G以太網標準中闡明。該標準指定并行光傳輸而非串行傳輸，這是因為在標準制定時850nm VCSEL的調制技術的限制。OM3和OM4是標準中包含的僅有的多模光纖。該40G/100G標準沒有針對UTP/STP銅纜的規范。

表2提供了OM3和OM4在以太網和光纖通道的標準傳輸距離。這些距離計算中，除了OM4 40G/100G系統假定全部的接頭損耗為1.0dB，其他的系統都假定全部接頭損耗為1.5dB。OM3和OM4完全有能力支持傳統的和未來的傳輸速率要求，預期可以為物理層提供15～20年的服務壽命。

表2 850 nm 以太網傳輸距離（m）

850 nm 光纖通道距離（m）

3 高密度光連接

目前已經有配置的48 SFP+端口線路板的網絡交換機產品的應用，每個交換機子架使用超過1000芯的OM3/OM4光纖，以支持10G雙工光纖串行系統運行。未來的40G/100G交換機計劃使用超過每子架4000芯光纖以支持并行光纖系統。網絡設備的高光纖芯數要采用高密度的光纜和硬件解決方案以最大程度的利用空間和布線通道，簡化線纜管理以及到系統電子設備的連接。

彎曲性能為優化的OM3/OM4光纖提供了顯著優化的光纜彎曲半徑和更小的硬件組件，從而實現數據中心的最高密度連接。對比傳統的多模光纖，彎曲性能優化的OM3/OM4光纖在4000芯以上的應用中，使主干光纜的直徑減少了15%～30%，硬件配線面板的占用空間也相應減少。主干光纜直徑的減少意味著更少的布線通道和空間，也就提高了布線支架的使用率，減少了安裝材料的成本。

今天的數據中心需要安裝高密度的12芯MPO OM3/OM4主干光纜，這種光纜可以用于目前的雙工光纖串行傳輸，同時也可以有效遷移到未來的并行光傳輸系統，即提供交換機設備和服務器網絡接口之間的MPO接口連接。

康寧公司的Pretium EDGETM高密度模塊化的4U和1U光纖配線架通過MPO/LC模塊的使用，可以很容易的支持雙工光纖串行傳輸，并簡化到并行光傳輸的遷移。MPO/LC模塊可以實現從主干光纜終端的12芯MPO接口到單工或雙工光纖LC接頭的轉換。單工和雙工跳線被用于系統設備端口和交叉配線面板之間的連接。在需要實現并行光傳輸時，MPO/LC模塊可以很容易的移除并用MPO耦合器模塊來代替。在收發器接口，40G多模光纖傳輸使用12芯MPO，100G多模光纖傳輸將使用24芯MPO接頭。

Pretium EDGETM配線架集成了可以容納MPO/LC模塊的托盤。每個托盤有4個獨立的MPO/LC模塊，便于移動、增加和改變。4U和1U的配線架分別有12個和2個托盤。4U的配線架通常用于連接高密度網絡設備，或者用于交叉連接。1U的配線架通常用于主干光纜到架頂邊緣交換機的連接。從圖3和圖4可以看到配線架的設計，表3、表4列出了配線架的容量。

MPO/LC分支跳線已經成為高端口數網絡交換機連接的常用解決方案。分支跳線一端為MPO接頭，另一端則是單工或者雙工LC接頭。對比傳統的雙芯跳線，分支跳線顯著的減少了設備機柜中的線纜體積，便于管理，且提升了制冷效率。另外，分支跳線也可以配置等差長度的管線支腳，以適應網絡設備線路板卡上不同接口位置所需的不同線纜長度。當遷移到并行光傳輸時，只需移除分支跳線，更換為適當的MPO跳線即可。

圖3 4U 光纖配線架

圖4 1U 光纖配線架

表3

表4

4 結束語

現有的和未來的網絡技術驅動著高速率網絡和光纖在數據中心的應用。高密度光纖連接解決方案對滿足這一發展趨勢至關重要：既優化線纜管理和數據中心的實際應用，也提供一個從雙工串行傳輸到12芯和24芯并行傳輸的易于實現的遷移路徑。綜上所述，康寧公司的高密度OM3/OM4光纖連接解決方案足以應對這些挑戰。