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

更快的以太網(wǎng)結構不僅僅是插入更快的網(wǎng)絡接口卡（NIC） - 同時，還涉及到光纖使用方式的變化以及數(shù)據(jù)的傳輸方式。 在本篇文章中，我們將介紹以太網(wǎng)網(wǎng)絡技術的變化，調研數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)

歷史上，以太網(wǎng)速度在10 Mbps，100 Mbps，1GbE，10GbE和100GbE的因素上增長。 數(shù)據(jù)中心架構從1GbE到10GbE之間進行簡單的轉換，但是現(xiàn)在，企業(yè)客戶正在對其傳統(tǒng)架構進行更改，從而提高效率。 網(wǎng)絡架構已經(jīng)從多層平鋪到脊葉/網(wǎng)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(shù)據(jù)速傳輸?shù)乃俾省?/P>

為了實現(xiàn)更高的速度，數(shù)據(jù)中心架構師已經(jīng)改變了信號傳輸方式，從雙工10GbE傳輸?shù)?0GbE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(shù)據(jù)速率的增加，它在網(wǎng)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(yè)可以使用20根光纖（10個并行10GbE光纖）生產(chǎn)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(jīng)被標準化，從10GbE到25GbE作為基本的以太網(wǎng)元件已經(jīng)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(jīng)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(xiàn)更快的應用，降低成本，提高網(wǎng)絡設備密度，而不是4x10GbE接口。

50GbE即將出現(xiàn)。該技術允許您使用四個發(fā)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(shù)字信號可以直接采用基帶傳輸，所謂基帶就是指基本頻帶�；鶐�傳輸就是在線路中直接傳送數(shù)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(wǎng)都采用基帶傳輸。）到PAM4的多模光纖及PSM4優(yōu)于單模光纖的轉變能夠提供更高的效率。這些發(fā)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(fā)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(shù)據(jù)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(xiàn)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(shù)據(jù)中心的需求呢？讓我們來看看以下三種情況：傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心、多租戶的數(shù)據(jù)中心以及超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心。

傳統(tǒng)企業(yè)數(shù)據(jù)中心采用10GbE作為典型元件，上行40GbE或100GbE. 許多中型企業(yè)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?yōu)镺M5（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(xiàn)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(fā)射的一種半導體激光二極管，與常規(guī)的邊緣發(fā)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(shù)據(jù)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(shù)量的光纖的數(shù)據(jù)速率至少增加四倍（可能達到1600 Gb/s）或者在實現(xiàn)某一固定數(shù)據(jù)速率時至少減少四倍的光纖數(shù)量（達到每根光纖1600 Gb/s）。

通過優(yōu)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(xiàn)在，也支持將來的應用。

隨著雙工應用的發(fā)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心中為客戶端提供服務的基礎架構設計在MTDC籠式環(huán)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(yè)組織來說，多模光纖仍然可以提供靈活性、能效以及幾代數(shù)據(jù)速率的提高�，F(xiàn)有的及近期的發(fā)展中的收發(fā)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(yè)組織就可以利用目前在10GbE和25GbE上的雙工應用的優(yōu)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(wǎng)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(tǒng)，不會因數(shù)據(jù)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(wǎng)絡的發(fā)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(tǒng)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(jié)能的VCSEL技術可以提供相當于光纖對四倍的帶寬。

當數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心運營商可以輕松地升級到更高速的以太網(wǎng)標準，同時有效利用空間和布線。

來源：中國IDC圈

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