數(shù)據(jù)中心高性價(jià)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(jīng)成為一種流行的網(wǎng)絡(luò)工具,并推動(dòng)了大規(guī)模行業(yè)對(duì)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(zhuǎn)換成四個(gè)10/25Gbps(10/25G)鏈接。并行端口分支有利于多鏈接應(yīng)用,如建設(shè)大型脊-葉結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用于現(xiàn)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(shù)預(yù)測(cè),從2015年到2020年，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)流量的年復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)將會(huì)增加22%,由無(wú)線和移動(dòng)設(shè)備的爆炸性增長(zhǎng)所驅(qū)動(dòng)。企業(yè)和云數(shù)據(jù)中心的所有數(shù)據(jù)都將增長(zhǎng)。這種增長(zhǎng)解釋了為什么數(shù)據(jù)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(jī)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(jié)構(gòu)化布線的世界里, 數(shù)據(jù)中心無(wú)源光纖硬件的密度已經(jīng)翻倍，達(dá)到了在一個(gè)4U光纖配線架中288芯的端口數(shù)，無(wú)論是LC或MTP連接器。這個(gè)增加已經(jīng)轉(zhuǎn)加到交換機(jī)端，部署端口分支配置可以使一個(gè)交換機(jī)板卡在處理10G或25G網(wǎng)絡(luò)時(shí)，達(dá)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)器類型。占主導(dǎo)地位的高密度1Gbps(1G)和10G 收發(fā)器是增強(qiáng)的小型化可插拔式設(shè)計(jì)(SFP +)。隨著速度增加到40G,4通道小型化可插拔式設(shè)計(jì)(QSFP)已成為高密度收發(fā)器的選擇。在并行40G應(yīng)用中，四個(gè)10G銅帶走線進(jìn)入QSFP收發(fā)器的后端，四個(gè)獨(dú)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(shè)計(jì)允許40G收發(fā)器作為四個(gè)獨(dú)立10G鏈路或一個(gè)原生40G鏈路運(yùn)行。

  在并行端口上運(yùn)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(jī)線卡實(shí)現(xiàn)的密度。 高密度SFP +交換機(jī)線卡通常最多配備48個(gè)端口。 但是，如今您可以購(gòu)買帶有36個(gè)端口的高密度QSFP線卡。 如果它以分支模式運(yùn)行，每個(gè)40G端口可以作為四個(gè)獨(dú)立的10G端口，將線卡容量增加三倍達(dá)到144個(gè)10G端口在一個(gè)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(gè)10G鏈路，因?yàn)槊總€(gè)40G端口可充當(dāng)4個(gè)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(gè)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(zhǎng)。對(duì)于每個(gè)裝滿40G線卡的機(jī)箱，在10G端口分支模式下運(yùn)行，如果網(wǎng)絡(luò)是使用傳統(tǒng)48端口的10G SFP +線卡構(gòu)建的，則需要三個(gè)機(jī)箱。 通過(guò)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(duì)數(shù)據(jù)中心至關(guān)重要，因此可以節(jié)省資本支出和運(yùn)營(yíng)支出的經(jīng)濟(jì)效益。讓我們首先關(guān)注通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)SFP +高密度線卡部署10G網(wǎng)絡(luò)的成本，以及使用高密度QSFP線卡部署10G網(wǎng)絡(luò)的成本來(lái)節(jié)省資本支出。

  我們?cè)u(píng)估了一個(gè)帶有8插槽機(jī)箱的場(chǎng)景，其中滿配了36端口的QSFP線卡。線卡上裝有40G并行光學(xué)收發(fā)器，以分線模式運(yùn)行，機(jī)箱總端口數(shù)為1152個(gè)10G端口。使用10G SFP +線卡實(shí)現(xiàn)等效的10G端口容量，需要總共三個(gè)八插槽機(jī)箱和48端口的線卡。成本比較包括使用所有組件的標(biāo)準(zhǔn)列表定價(jià)的交換機(jī)機(jī)箱，線卡和相關(guān)收發(fā)器的成本。圖6中的機(jī)箱成本包括所需的電源，風(fēng)扇托架，監(jiān)控器，系統(tǒng)控制器和結(jié)構(gòu)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(jī)箱數(shù)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(chǔ)上，與在多模應(yīng)用的端口分支模式下部署40G端口相比，部署獨(dú)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(jié)果。

  現(xiàn)在讓我們?cè)u(píng)估一下對(duì)運(yùn)營(yíng)支出的好處。 首先，大多數(shù)供應(yīng)商的40G和10G交換機(jī)機(jī)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?yàn)闄C(jī)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(yùn)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(shí)，收發(fā)器功耗節(jié)省超過(guò)60%。

  除了節(jié)省空間和成本的好處之外，當(dāng)您將網(wǎng)絡(luò)速度從高密度10G(或25G)架構(gòu)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。隨著網(wǎng)絡(luò)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(yùn)行可以繼續(xù)處理原生40/100G鏈路。該方法允許兩代速率運(yùn)行于交換機(jī)，線卡和相關(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(yùn)行，因此考慮如何設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)化布線以支持端口分支模式非常重要。推薦的設(shè)計(jì)包括為光學(xué)基礎(chǔ)設(shè)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(gè)LC 雙工端口，用于連接到10G 設(shè)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(jié)構(gòu)化布線設(shè)計(jì)，其中專用布線主干安裝在具有40/100G和10/25G端口的設(shè)備之間。當(dāng)所有四個(gè)10/25G端口都集中在一個(gè)設(shè)備單元中時(shí)，圖9a非常適用，而當(dāng)結(jié)構(gòu)化線纜中的跳線必須到達(dá)機(jī)柜中的不同設(shè)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(zhǎng)C雙工端口，為數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)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(lái)實(shí)現(xiàn)，40/100G交換機(jī)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(shè)備。

  本文中的所有價(jià)值，以及未詳細(xì)介紹的脊葉架構(gòu)中的其他網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，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(shù)據(jù)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(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)。 SAN交換機(jī)線卡可與4x16GFC的并行光學(xué)QSFP收發(fā)器配合使用，可實(shí)現(xiàn)高密度16GFC SAN結(jié)構(gòu)。這些優(yōu)勢(shì)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，可以選擇路線圖上的所有現(xiàn)有速度，包括400G及更高速度。在評(píng)估部署10G或25G的選項(xiàng)時(shí)，由于其提供的網(wǎng)絡(luò)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，您應(yīng)該評(píng)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(tǒng)產(chǎn)品線經(jīng)理，負(fù)責(zé)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(wù)，市場(chǎng)營(yíng)銷，現(xiàn)場(chǎng)銷售和市場(chǎng)開發(fā)方面擔(dān)任過(guò)職務(wù)。 Jennifer是BICSI的成員，擁有CDD和CDCDP認(rèn)證。她在北卡羅來(lái)納州立大學(xué)獲得機(jī)械工程理學(xué)學(xué)士學(xué)位。

  David Hessong目前是康寧全球數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)開發(fā)經(jīng)理。在公司工作期間，他曾擔(dān)任過(guò)工程服務(wù)，產(chǎn)品線管理和市場(chǎng)開發(fā)的職位。大衛(wèi)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(xiàn)。他曾在美國(guó)和加拿大教授有關(guān)數(shù)據(jù)中心和系統(tǒng)設(shè)計(jì)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。