摘要：所有人在上網時，都希望有更快的網速連接，進行數據傳輸，而這種需求也在推動著數據中心以太網網速的迅速變化。

所有人在上網時，都希望有更快的網速連接，進行數據傳輸，而這種需求也在推動著數據中心以太網網速的迅速變化。超大規模數據中心正在密切部署100千兆以太網(100GbE)，期望在幾年時間內可以將網速提升到200 GbE或400GbE，與此同時，還在進一步研發以兆位為單位的網速。事實上，對于企業級的數據中心而言，網速提升得還是比較慢。直到最近，10GbE的網速才成為企業的主流，但是由于可用的以太網速度的變化正在加速，因此，很難相信在企業數據中心內10GbE的網速將會持續5到10年。相反，網速將會很快提升到25GbE和100GbE。

更快的以太網結構不僅僅是插入更快的網絡接口卡(NIC) - 同時，還涉及到光纖使用方式的變化以及數據的傳輸方式。 在本篇文章中，我們將介紹以太網網絡技術的變化，調研數據中心的核心需求，并探索適應更高速度需求的遷移策略，而不會中斷正在進行的操作。

簡述數據中心以太網

歷史上，以太網速度在10 Mbps，100 Mbps，1GbE，10GbE和100GbE的因素上增長。 數據中心架構從1GbE到10GbE之間進行簡單的轉換，但是現在，企業客戶正在對其傳統架構進行更改，從而提高效率。 網絡架構已經從多層平鋪到脊葉/網格設計，這樣一來，可以為用戶提供容錯，低延遲的服務。 增加設備之間的數據速傳輸的速率。

為了實現更高的速度，數據中心架構師已經改變了信號傳輸方式，從雙工10GbE傳輸到40GbE和100GbE的并行傳輸。 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是受歡迎的，因為除了數據速率的增加，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個并行10GbE光纖)生產100GbE，但是與40GbE相比，這種布線方案使用四個并行10GbE電路的方式，(八個光纖 - 四個用于傳輸，四個用于接收)變得更難以管理。

25GbE在2016年就已經被標準化，從10GbE到25GbE作為基本的以太網元件已經有了轉變。 使用25GbE替換10GbE提供了一種使用四個光纖對達到100GbE的方法，這更容易從連接器和布線方式進行管理。 基于25GbE的100GbE，具有8根光纖(4條傳輸和4條接收)已經具有成本效益并被廣泛應用。 服務器附件率正在轉向25Gbps; 將100GbE打破4x25GbE鏈路可實現更快的應用，降低成本，提高網絡設備密度，而不是4x10GbE接口。

50GbE即將出現。該技術允許您使用四個發送和四個接收通道達到200GbE。 隨著50GbE的批準和標準化，200GbE將可能使用相同的光纖基礎設施和類似的連接。

編碼技術的變化也可以提高效率和速度。從NRZ編碼(NRZ:不歸零碼(NRZ,Non-Return to Zero)，數字信號可以直接采用基帶傳輸,所謂基帶就是指基本頻帶。基帶傳輸就是在線路中直接傳送數字信號的電脈沖，這是一種最簡單的傳輸方式，近距離通信的局域網都采用基帶傳輸。)到PAM4的多模光纖及PSM4優于單模光纖的轉變能夠提供更高的效率。這些發展比采用1GbE和10GbE的速度快得多。隨著每千兆比特的價格下降，越來越快的速度以及更低的延遲，使得這些變化愈發更具有吸引力。

(備注：PAM(Pulse Amplitude Modulation：脈沖幅度調制)信號是下一代數據中心做高速信號互連的一種熱門信號傳輸技術，可以廣泛應用200G/400G接口的電信號或光信號傳輸。由于PAM4信號每個符號周期可以傳輸2bit的信息，因此要實現同樣的信號傳輸能力，PAM4信號的符號速率只需要達到NRZ信號的一半即可，因此傳輸通道對其造成的損耗大大減小。)

布線和傳輸要求

那么，這些日益提高的提高如何對應不同種類的數據中心的需求呢?讓我們來看看以下三種情況:傳統的數據中心、多租戶的數據中心以及超大規模的數據中心。

傳統企業數據中心采用10GbE作為典型元件，上行40GbE或100GbE。 許多中型企業正在考慮通過將服務器轉移到25GbE來使100GbE更有效率的方法。 通過25GbE車道，100GbE的興趣也在增長。 此外，公司正在從OM4演變為OM5(寬帶多模)光纖，這使得它們在每個光纖中具有四個通道，因此一個光纖對中的帶寬是四倍。 使用OM5光纖，例如，單個光纖對可以傳輸40GbE或100GbE，而不需要8根光纖。 OM5光纖能夠實現具有較便宜的垂直共振腔面射型激光(VCSEL 是與頂表面垂直的激光束發射的一種半導體激光二極管，與常規的邊緣發射半導體激光器(也包括平面內激光器)相反， 通過將單個芯片從晶片上分離而形成的表面。 VCSEL應用包括光纖通信，精密傳感，計算機鼠標和激光打印機。)的短波分復用(SWDM)。

備注：短波分復用 (SWDM) 利用了另一種通過多種波長讓數據率翻倍的方式，將每條光纖的容量增加至少四倍。這使得某一固定數量的光纖的數據速率至少增加四倍(可能達到1600 Gb/s)或者在實現某一固定數據速率時至少減少四倍的光纖數量(達到每根光纖1600 Gb/s)。

通過優化寬帶多模光纖(WBMMF)，支持850 nm到950 nm范圍內波長以便利用SWDM，確保未來有用距離內的應用可以獲得更有效的支持，而且保證與上一代應用的完全兼容性，使其成為一種理想的通用型媒介，既支持現在，也支持將來的應用。

隨著雙工應用的發展，并且隨著10Gbps的使用，應用程序的對速度也有了更高的需求。但數據速率的提高與WDM相結合意味著雙工光纖仍然需要更高的速度。 另外，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。

(備注：波分復用(WDM):波分復用是光纖通信中的一種傳輸技術，它利用了一根光纖可以同時傳輸多個不同波長的光載波的特點，把光纖可能應用的波長范圍劃分成若干個波段，每個波段用作一個獨立的通道傳輸一種預定波長的光信號。)

這種技術同樣應用在多租戶數據中心(MTDCs)。想要連接到單獨的客戶端，需要長時間的單模擴展鏈接。盡管多模式連接的成本較低，但多模式無法支持這種場景的距離和速度要求。在這些情況下，MTDCs將單模光纖運行到單獨的租戶空間，并在框架呢使用多模光纖。實際上，在數據中心中為客戶端提供服務的基礎架構設計在MTDC籠式環境中被得以復制。 許多校園內MTDC也在采用同樣的做法。

· 過渡策略

對于正考慮新的“短距離傳輸”設計的企業組織來說，多模光纖仍然可以提供靈活性、能效以及幾代數據速率的提高。現有的及近期的發展中的收發器為滿足距離和資本預算可以提供雙工及并行的選擇。首先建議關注最低成本的雙工設計。這樣一來，企業組織就可以利用目前在10GbE和25GbE上的雙工應用的優勢，在脊或核心需要的地方進行并行操作。雙工連接占用的空間與MPO連接相同。只有在網絡保持平行的情況下，圍繞純并行的設計才是有效的。從平行返回到雙工可以使必要的機柜空間增加四倍。

從雙工設計開始，用戶可以從雙工轉移到平行，再返回到雙工系統，不會因數據速率的提高重新使用光纖端口。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，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，保留原始光纖的使用。

隨著最近OM5寬帶多模光纖的標準化，多模式基礎設施在短距離內的價值大大增加。OM5可以支持與OM3和OM4相同的傳統短波應用程序，而且在有些情況下，它可以擴展布線架構可支持的距離以及設計的靈活性。除此之外，它還能提供的最大價值是支持額外的更高頻率的波長，從而可以實施更高效的技術，如SWDM。這種方法使用成本低而且節能的VCSEL技術可以提供相當于光纖對四倍的帶寬。

當數據中心提升到更高的速度時，如果操作人員使用與初始10 / 100GBE部署相同的并行設計，屆時，光纖就會失控。通過采用雙工設計，同時采用單模光纖和OM5多模光纖，數據中心運營商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。