現如今，幾乎每家企業組織都希望能夠更快地獲取更多的數據信息，而這一需求也就推動了數據中心以太網速度的快速變化。超大規模數據中心都在紛紛部署100千兆以太網(100GbE)，并期望在未來幾年內將其遷移到200GbE或400GbE，并且，這些數據中心運營商們還在尋求更快的速度。在企業級別的數據中心，這方面的變化要稍微顯得有些緩慢。直到最近，我們才看到10GbE成為企業的主流，但由于可用以太網速度的發展正在加速，所以10GbE在企業級數據中心還將持續5年或10年是令人懷疑的。相反，我們將看到一個大規模迅速朝著25GbE和100GbE遷移的高潮。
遷移到更快的以太網不僅僅是插入更快的網絡接口卡(NIC)而已，其還涉及到光纖使用方式的變化以及數據的傳輸方式的改變。在本文中，我們將為廣大讀者朋友們介紹以太網網絡技術的變化，研究數據中心的主要需求，并探索如何適應更高速度需求的遷移策略，而不會干擾中斷正在進行的數據中心操作。
數據中心以太網的簡要介紹
從歷史上看，以太網的速度經歷了一個10倍的增長歷程：從10 Mbps到100 Mbps，到1GbE再到10GbE和100GbE。從GbE到10GbE的改變，數據中心架構進行了簡單的轉換，但是，今天的企業客戶正在對其傳統架構進行其他方面的改造，以提高效率。網絡已經從多層發展到脊葉(spine-leaf)或結構化/網格設計扁平化，以便為用戶提供容錯的，低延遲的服務。增加設備之間的數據速率，進而增強了服務傳輸。
為了實現更高的傳輸速度，數據中心架構師們已經改變了信號的傳輸方式，將其由雙工10GbE傳輸轉變為40GbE和100GbE并行傳輸。并行傳輸使用更多的光纖，并且在10GbE元件的基礎上，驅動100GbE需要許多光纖。事實上，40GbE是受企業歡迎的，因為除了數據傳輸速率的提升，它在網絡設備上提供了更高密度和更低成本的10G端口，占40GbE QSFP端口使用率的50%以上。企業可以使用20根光纖(10根并行10GbE光纖)產生100GbE，但與40GbE的使用四個并行10GbE電路(八個光纖，四個用于傳輸，四個用于接收)的布線方案相比，這種布線方案更難管理。
在2016年，25GbE被標準化，作為基本的以太網元件，已經開始了從10GbE到25GbE的轉變。使用25GbE替換10GbE提供了一種使用四個光纖對達到100GbE的方法，從連接器和布線角度來看，這更容易進行管理。基于25GbE的100GbE具有八根光纖(四根發射和四根接收)具有成本效益，并已經被廣泛部署。服務器附件速率正在轉向25Gbps;將100GbE與4x25GbE接口相結合，可以推動更快的應用程序運行，降低成本，提高網絡設備密度。
而對于50GbE以太網技術而言。該技術允許您企業得以能夠使用四個發送和四個接收通道達到200GbE。隨著50GbE以太網技術的發展和逐步標準化，200GbE將可能使用相同的光纖基礎設施和類似的連接。
編碼技術的改進也幫助進一步提高了效率和速度。通過多模光纖和PSM4由單模光纖從NRZ編碼轉換為PAM4可提供更高的效率。這些發展進步技術的普及采用要比GbE和10GbE時要快得多。每千兆位成本的降價，更高的速度和更低的延遲使這些改變更有吸引力。
布線和傳輸要求
那么，這些傳輸速度的提升如何映射到數據中心的需求方面呢?下面，就讓我們來看三種情況吧，分別是：傳統、多租戶和超大規模數據中心。
一處傳統的企業數據中心采用10GbE以太網技術作為典型元素，uplink端口是40GbE或100GbE。許多大中型企業正在考慮通過將服務器遷移到25GbE來提高100GbE的效率。通過25GbE以太網的采用，企業對于100GbE的興趣也在增長。此外，當前的諸多企業正在從OM4演變為OM5(寬帶多模)光纖，這使得他們能夠在每個光纖中具有四個通道，因此是一個光纖對中的帶寬的四倍。例如，使用OM5光纖，單個光纖對可以傳輸40GbE或100GbE，而不需要8根光纖。OM5光纖能夠以較便宜的垂直共振腔表面放射激光(vertical cavity surface emitting lasers ，VCSEL)實現這種短波分復用(short-wave-division multiplexing ，SWDM)。
雙工應用程序已經發展演進并且隨著從10Gbps發展到更高的速度遷移到了并行。但是，數據速率的提高與WDM相結合意味著雙工光纖仍然需要更高的速度。此外，使用WDM雙向(Bi-Di)或SWDM技術，25,40,50,100GbE及以上的雙工光纖對可提供更高的效率。
多租戶數據中心(簡稱MTDCs)是另一類應用。 廣域網連接到單個客戶端的網卡需要長的單模擴展鏈接。雖然多模鏈路較便宜，但多模不能支持這種場景的距離和速度要求。在這些情況下，MTDCs在單個租戶空間外運行單模光纖，并在籠式環境內部使用多模光纖。實際上，在其數據中心中為客戶端提供服務的基礎架構設計在其從MTDC租賃的籠式環境中復制。與數據中心園區環境相比，許多較大的MTDC正在采用一些超大規模數據中心所使用的相同的做法。
過渡策略
對于正在考慮采用一種新的“短距離”設計的企業組織而言，多模光纖仍將提供靈活性，能源效率和幾代的數據速率增長。現有和近期開發的收發器能夠提供雙工和并行選項，以適應距離和資本預算。第一個建議是關注最低成本的雙工設計。這樣做，使企業組織能夠在今天充分利用10GbE和25GbE的雙工應用，具備在脊柱或核心需要時并行的能力。雙工連接占用與MPO連接相同的空間。只有當網絡保持并行時，純粹的并行設計才是有效的。從平行回到雙工可以增加四倍的必要的機柜空間。
從雙工設計開始，用戶可以從雙工轉移到并行并返回到雙工，而不會因數據速率的增加而重新使用光纖端口。例如，使用10 Gbps作為基準，四個光纖對將提供40GbE上行鏈路(4x10 Gbps)。同樣的光纖布線可以提供100Gbps的通道速率增加到25GbE。隨著網絡的發展，企業組織可以利用諸如SWDM的技術，并且可以通過單根光纖提供相同的40GbE或100GbE，從而保留原始光纖的使用。
隨著近期OM5寬帶多模光纖的標準化，短距離多模基礎設施的價值大大增強。OM5能夠提供與OM3和OM4相同的傳統短波長應用的支持能力，在許多情況下，其可以擴展布線架構的可支持距離和/或設計靈活性。除此之外，它提供的最大價值是能夠支持更高頻率的波長，從而有助于諸如SWDM等技術的更有效的實現。這種方法可以使用成本效益高的VCSEL技術在光纖對上提供四倍的帶寬。
隨著數據中心發展到具備更高的處理速度，如果操作人員們仍然使用與初始10 / 100GbE部署相同的并行設計，光纖計數就會失控。通過開始采用雙工設計并進一步采用單模光纖和OM5多模光纖，數據中心運營商們可以輕松地升級到更高速的以太網標準，同時有效利用空間和布線。
關于作者
本文作者Jarred Baker是美國康普CommScope Inc.數據中心解決方案架構師。自2004年以來，他一直供職于該公司，最初時負責擔任客戶經理，現在擔任數據中心業務的解決方案架構師。Jarred是從Anixter公司跳槽到康普公司的，在Anixter公司，他曾先后擔任過系統工程師、技術培訓和產品經理總監。他在康普的重點工作是擴展多渠道數據中心業務，同時為客戶尋找解決方案，以滿足其連接需求。Jarred擁有密爾沃基工程學院電氣工程技術學士學位。
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