數(shù)據(jù)中心高性價比的端口分支方案

康寧光通信 Jennifer Cline 和 David Hessong 著

  ICCSZ訊 端口分支部署已經成為一種流行的網絡工具,并推動了大規(guī)模行業(yè)對并行光學收發(fā)器的需求。如今,端口分支通常用于將40/100Gbps(40/100G)并行光學收發(fā)器，轉換成四個10/25Gbps(10/25G)鏈接。并行端口分支有利于多鏈接應用,如建設大型脊-葉結構網絡可以應用于現(xiàn)今的高密度10/25G網絡。后者的任務是本文的重點。

  思科的可視化網絡指數(shù)預測,從2015年到2020年，互聯(lián)網協(xié)議(IP)流量的年復合增長率(CAGR)將會增加22%,由無線和移動設備的爆炸性增長所驅動。企業(yè)和云數(shù)據(jù)中心的所有數(shù)據(jù)都將增長。這種增長解釋了為什么數(shù)據(jù)中心通常是最快網絡速度的最早采用者，并不斷地尋找保持機架和地面空間的解決方案。

  僅僅幾年前,一個密度革命發(fā)生在結構化布線的世界里, 數(shù)據(jù)中心無源光纖硬件的密度已經翻倍，達到了在一個4U光纖配線架中288芯的端口數(shù)，無論是LC或MTP連接器。這個增加已經轉加到交換機端，部署端口分支配置可以使一個交換機板卡在處理10G或25G網絡時，達到3倍的處理能力。

  了解端口分支部署工作我們必須首先了解網絡使用的收發(fā)器類型。占主導地位的高密度1Gbps(1G)和10G 收發(fā)器是增強的小型化可插拔式設計(SFP +)。隨著速度增加到40G,4通道小型化可插拔式設計(QSFP)已成為高密度收發(fā)器的選擇。在并行40G應用中，四個10G銅帶走線進入QSFP收發(fā)器的后端，四個獨立的10G光學器件通過八芯光纖從收發(fā)器前端發(fā)出光。這種設計允許40G收發(fā)器作為四個獨立10G鏈路或一個原生40G鏈路運行。

  在并行端口上運行10G網絡，第一也是最明顯的好處是可以通過單個交換機線卡實現(xiàn)的密度。 高密度SFP +交換機線卡通常最多配備48個端口。 但是，如今您可以購買帶有36個端口的高密度QSFP線卡。 如果它以分支模式運行，每個40G端口可以作為四個獨立的10G端口，將線卡容量增加三倍達到144個10G端口在一個單線卡上。 圖3和4顯示了這種配置。

  如前所述，端口分支模式下的36端口40G QSFP線卡支持總共144個10G鏈路，因為每個40G端口可充當4個10G鏈路。 為支持與傳統(tǒng)SFP +收發(fā)器相同數(shù)量的10G鏈路，需要3個48端口的SFP +線卡，如圖5所示。 隨著10G端口容量需求量的增加，這種影響將繼續(xù)增長。對于每個裝滿40G線卡的機箱，在10G端口分支模式下運行，如果網絡是使用傳統(tǒng)48端口的10G SFP +線卡構建的，則需要三個機箱。 通過部署40G線卡，數(shù)據(jù)中心的占用空間大幅下降。

  除了節(jié)省空間外，這對數(shù)據(jù)中心至關重要，因此可以節(jié)省資本支出和運營支出的經濟效益。讓我們首先關注通過使用標準SFP +高密度線卡部署10G網絡的成本，以及使用高密度QSFP線卡部署10G網絡的成本來節(jié)省資本支出。

  我們評估了一個帶有8插槽機箱的場景，其中滿配了36端口的QSFP線卡。線卡上裝有40G并行光學收發(fā)器，以分線模式運行，機箱總端口數(shù)為1152個10G端口。使用10G SFP +線卡實現(xiàn)等效的10G端口容量，需要總共三個八插槽機箱和48端口的線卡。成本比較包括使用所有組件的標準列表定價的交換機機箱，線卡和相關收發(fā)器的成本。圖6中的機箱成本包括所需的電源，風扇托架，監(jiān)控器，系統(tǒng)控制器和結構模塊。由于在使用SFP +收發(fā)器時支持10G端口密度所需的機箱數(shù)量增加，因此這些額外所需的組件也會增加。因此，該研究表明，在每個端口的基礎上，與在多模應用的端口分支模式下部署40G端口相比，部署獨立10G端口的成本幾乎高出了85%。圖6和7分別以圖形和表格的形式顯示結果。

  現(xiàn)在讓我們評估一下對運營支出的好處。 首先，大多數(shù)供應商的40G和10G交換機機箱和線卡具有相似的功率要求。 除了上面討論的空間節(jié)省之外，所需的功率和冷卻減少約67%，因為機箱和線卡的數(shù)量減少了三分之二。 另外，我們可以節(jié)省運行收發(fā)器所需的額外功率。圖8中的數(shù)據(jù)顯示，在部署多模端口分支配置時，收發(fā)器功耗節(jié)省超過60%。

  除了節(jié)省空間和成本的好處之外，當您將網絡速度從高密度10G(或25G)架構提高到原生40G(或100G)網絡時，您在第2天即可獲得額外的好處。隨著網絡從端口分支10G(或25G)遷移到原生40G(或100G)，現(xiàn)有的40/100G光纖和線卡在端口分支模式下運行可以繼續(xù)處理原生40/100G鏈路。該方法允許兩代速率運行于交換機，線卡和相關的并行光學收發(fā)器中。

  由于并行光纖收發(fā)器可在 8 芯光纖上運行，因此考慮如何設計數(shù)據(jù)中心結構化布線以支持端口分支模式非常重要。推薦的設計包括為光學基礎設施采用 Base-8 MTP 連接以優(yōu)化光纖利用率和端口映射的解決方案。 如圖9a，9b 和9c 所示，部署與 8 芯 MTP 連接器接口的連接允許端口分支到四個LC 雙工端口，用于連接到10G 設備端口，這是簡單和優(yōu)化的解決方案。

  圖9a和9b描繪了結構化布線設計，其中專用布線主干安裝在具有40/100G和10/25G端口的設備之間。當所有四個10/25G端口都集中在一個設備單元中時，圖9a非常適用，而當結構化線纜中的跳線必須到達機柜中的不同設備端口時，圖9b中的布局很適用。但是，圖9c通過在交叉連接位置將40G(MTP)端口分解為LC雙工端口，為數(shù)據(jù)中心結構化布線提供了最大的靈活性。在中央配線區(qū)域使用交叉連接來實現(xiàn)，40/100G交換機的任何10/25G分支端口都可以連接到需要10/25G鏈路的任何設備。

  本文中的所有價值，以及未詳細介紹的脊葉架構中的其他網絡優(yōu)勢，有助于解釋并行光學收發(fā)器在高密度10G和25G網絡中的普及。雖然我們的重點是數(shù)據(jù)中心的以太網，但同樣的方法也適用于光纖通道上的存儲區(qū)域網絡(SAN)。 SAN交換機線卡可與4x16GFC的并行光學QSFP收發(fā)器配合使用，可實現(xiàn)高密度16GFC SAN結構。這些優(yōu)勢解釋了為什么以太網和光纖通道都有8芯光纖并行光學的選擇，可以選擇路線圖上的所有現(xiàn)有速度，包括400G及更高速度。在評估部署10G或25G的選項時，由于其提供的網絡和經濟優(yōu)勢，您應該評估將并行端口進行端口分支。

  關于作者：

  Jennifer Cline是康寧的即插即用系統(tǒng)產品線經理，負責管理公司的MTP數(shù)據(jù)中心解決方案。她之前曾在工程服務，市場營銷，現(xiàn)場銷售和市場開發(fā)方面擔任過職務。 Jennifer是BICSI的成員，擁有CDD和CDCDP認證。她在北卡羅來納州立大學獲得機械工程理學學士學位。

  David Hessong目前是康寧全球數(shù)據(jù)中心市場開發(fā)經理。在公司工作期間，他曾擔任過工程服務，產品線管理和市場開發(fā)的職位。大衛(wèi)發(fā)表了許多行業(yè)文章，并為多個技術會議論文做出了貢獻。他曾在美國和加拿大教授有關數(shù)據(jù)中心和系統(tǒng)設計的課程和研討會。 David在北卡羅來納州立大學獲得化學工程理學學士學位，在印第安納大學凱利商學院獲得工商管理碩士學位。