數據中心高性?xún)r(jià)比的端口分支方案

康寧光通信 Jennifer Cline 和 David Hessong 著(zhù)

  ICCSZ訊 端口分支部署已經(jīng)成為一種流行的網(wǎng)絡(luò )工具,并推動(dòng)了大規模行業(yè)對并行光學(xué)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(xué)收發(fā)器，轉換成四個(gè)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(wǎng)絡(luò )可以應用于現今的高密度10/25G網(wǎng)絡(luò )。后者的任務(wù)是本文的重點(diǎn)。

  思科的可視化網(wǎng)絡(luò )指數預測,從2015年到2020年，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)流量的年復合增長(cháng)率(CAGR)將會(huì )增加22%,由無(wú)線(xiàn)和移動(dòng)設備的爆炸性增長(cháng)所驅動(dòng)。企業(yè)和云數據中心的所有數據都將增長(cháng)。這種增長(cháng)解釋了為什么數據中心通常是最快網(wǎng)絡(luò )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(gè)密度革命發(fā)生在結構化布線(xiàn)的世界里, 數據中心無(wú)源光纖硬件的密度已經(jīng)翻倍，達到了在一個(gè)4U光纖配線(xiàn)架中288芯的端口數，無(wú)論是LC或MTP連接器。這個(gè)增加已經(jīng)轉加到交換機端，部署端口分支配置可以使一個(gè)交換機板卡在處理10G或25G網(wǎng)絡(luò )時(shí)，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(wǎng)絡(luò )使用的收發(fā)器類(lèi)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(zhù)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(gè)10G銅帶走線(xiàn)進(jìn)入QSFP收發(fā)器的后端，四個(gè)獨立的10G光學(xué)器件通過(guò)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(gè)獨立10G鏈路或一個(gè)原生40G鏈路運行。

  在并行端口上運行10G網(wǎng)絡(luò )，第一也是最明顯的好處是可以通過(guò)單個(gè)交換機線(xiàn)卡實(shí)現的密度。 高密度SFP +交換機線(xiàn)卡通常最多配備48個(gè)端口。 但是，如今您可以購買(mǎi)帶有36個(gè)端口的高密度QSFP線(xiàn)卡。 如果它以分支模式運行，每個(gè)40G端口可以作為四個(gè)獨立的10G端口，將線(xiàn)卡容量增加三倍達到144個(gè)10G端口在一個(gè)單線(xiàn)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(xiàn)卡支持總共144個(gè)10G鏈路，因為每個(gè)40G端口可充當4個(gè)10G鏈路。 為支持與傳統SFP +收發(fā)器相同數量的10G鏈路，需要3個(gè)48端口的SFP +線(xiàn)卡，如圖5所示。 隨著(zhù)10G端口容量需求量的增加，這種影響將繼續增長(cháng)。對于每個(gè)裝滿(mǎn)40G線(xiàn)卡的機箱，在10G端口分支模式下運行，如果網(wǎng)絡(luò )是使用傳統48端口的10G SFP +線(xiàn)卡構建的，則需要三個(gè)機箱。 通過(guò)部署40G線(xiàn)卡，數據中心的占用空間大幅下降。

  除了節省空間外，這對數據中心至關(guān)重要，因此可以節省資本支出和運營(yíng)支出的經(jīng)濟效益。讓我們首先關(guān)注通過(guò)使用標準SFP +高密度線(xiàn)卡部署10G網(wǎng)絡(luò )的成本，以及使用高密度QSFP線(xiàn)卡部署10G網(wǎng)絡(luò )的成本來(lái)節省資本支出。

  我們評估了一個(gè)帶有8插槽機箱的場(chǎng)景，其中滿(mǎn)配了36端口的QSFP線(xiàn)卡。線(xiàn)卡上裝有40G并行光學(xué)收發(fā)器，以分線(xiàn)模式運行，機箱總端口數為1152個(gè)10G端口。使用10G SFP +線(xiàn)卡實(shí)現等效的10G端口容量，需要總共三個(gè)八插槽機箱和48端口的線(xiàn)卡。成本比較包括使用所有組件的標準列表定價(jià)的交換機機箱，線(xiàn)卡和相關(guān)收發(fā)器的成本。圖6中的機箱成本包括所需的電源，風(fēng)扇托架，監控器，系統控制器和結構模塊。由于在使用SFP +收發(fā)器時(shí)支持10G端口密度所需的機箱數量增加，因此這些額外所需的組件也會(huì )增加。因此，該研究表明，在每個(gè)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。

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

  除了節省空間和成本的好處之外，當您將網(wǎng)絡(luò )速度從高密度10G(或25G)架構提高到原生40G(或100G)網(wǎng)絡(luò )時(shí)，您在第2天即可獲得額外的好處。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )從端口分支10G(或25G)遷移到原生40G(或100G)，現有的40/100G光纖和線(xiàn)卡在端口分支模式下運行可以繼續處理原生40/100G鏈路。該方法允許兩代速率運行于交換機，線(xiàn)卡和相關(guān)的并行光學(xué)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據中心結構化布線(xiàn)以支持端口分支模式非常重要。推薦的設計包括為光學(xué)基礎設施采用 Base-8 MTP 連接以?xún)?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(gè)LC 雙工端口，用于連接到10G 設備端口，這是簡(jiǎn)單和優(yōu)化的解決方案。

  圖9a和9b描繪了結構化布線(xiàn)設計，其中專(zhuān)用布線(xiàn)主干安裝在具有40/100G和10/25G端口的設備之間。當所有四個(gè)10/25G端口都集中在一個(gè)設備單元中時(shí)，圖9a非常適用，而當結構化線(xiàn)纜中的跳線(xiàn)必須到達機柜中的不同設備端口時(shí)，圖9b中的布局很適用。但是，圖9c通過(guò)在交叉連接位置將40G(MTP)端口分解為L(cháng)C雙工端口，為數據中心結構化布線(xiàn)提供了最大的靈活性。在中央配線(xiàn)區域使用交叉連接來(lái)實(shí)現，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(jià)值，以及未詳細介紹的脊葉架構中的其他網(wǎng)絡(luò )優(yōu)勢，有助于解釋并行光學(xué)收發(fā)器在高密度10G和25G網(wǎng)絡(luò )中的普及。雖然我們的重點(diǎn)是數據中心的以太網(wǎng)，但同樣的方法也適用于光纖通道上的存儲區域網(wǎng)絡(luò )(SAN)。 SAN交換機線(xiàn)卡可與4x16GFC的并行光學(xué)QSFP收發(fā)器配合使用，可實(shí)現高密度16GFC SAN結構。這些優(yōu)勢解釋了為什么以太網(wǎng)和光纖通道都有8芯光纖并行光學(xué)的選擇，可以選擇路線(xiàn)圖上的所有現有速度，包括400G及更高速度。在評估部署10G或25G的選項時(shí)，由于其提供的網(wǎng)絡(luò )和經(jīng)濟優(yōu)勢，您應該評估將并行端口進(jìn)行端口分支。

  關(guān)于作者：

  Jennifer Cline是康寧的即插即用系統產(chǎn)品線(xiàn)經(jīng)理，負責管理公司的MTP數據中心解決方案。她之前曾在工程服務(wù)，市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)，現場(chǎng)銷(xiāo)售和市場(chǎng)開(kāi)發(fā)方面擔任過(guò)職務(wù)。 Jennifer是BICSI的成員，擁有CDD和CDCDP認證。她在北卡羅來(lái)納州立大學(xué)獲得機械工程理學(xué)學(xué)士學(xué)位。

  David Hessong目前是康寧全球數據中心市場(chǎng)開(kāi)發(fā)經(jīng)理。在公司工作期間，他曾擔任過(guò)工程服務(wù)，產(chǎn)品線(xiàn)管理和市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的職位。大衛發(fā)表了許多行業(yè)文章，并為多個(gè)技術(shù)會(huì )議論文做出了貢獻。他曾在美國和加拿大教授有關(guān)數據中心和系統設計的課程和研討會(huì )。 David在北卡羅來(lái)納州立大學(xué)獲得化學(xué)工程理學(xué)學(xué)士學(xué)位，在印第安納大學(xué)凱利商學(xué)院獲得工商管理碩士學(xué)位。