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在数据中心应用低损耗光纤系统的优势
2014/10/30 11:19:59    来源:中国建筑装饰网

  随着数据中心,大数据、云计算等各种新名词,新应用的出现,闪花了小编的眼,相信各位看官也有人跟小编一样,需要通过各种方式不断补充,不然就会变文盲,流泪ing…本期技术专题,小编特地请来TE安普布线的资深工程师们,详细讲解低损耗光纤系统。

    随着数据中心,大数据、云计算等各种新名词,新应用的出现,闪花了小编的眼,相信各位看官也有人跟小编一样,需要通过各种方式不断补充,不然就会变文盲,流泪ing…TE安普布线的资深工程师们,详细讲解低损耗光纤系统。(低损耗光纤在一些公司的宣传中也叫零损耗光纤,实际上只是把损耗降到了目前能做到的最低,完全木有是不可能的。TE是家灰常靠谱滴公司,绝不会忽悠大家滴,因此,俺们就叫它低损耗光纤系统。)

首先我们看一下数据中心对于光纤网络的需求,包括光纤带宽的日益增长和不同规模数据中心中布线设计及结构设计的复杂性。

我们从下面图表可以看出,90年代,水平布线还是10兆的网络,汇聚部分采用的是100M的网络;到了2000年,随着网络带宽的提高以及网络端口成本的降低,水平布线达到了100兆网络,汇聚部分则采用了1000兆带宽的网络;06年左右随着千兆以太网成本的降低和万兆以太网的出现,水平部分基本都是采用一千兆的网络,而主干采用万兆网络。

现在的数据中心,随着传输信息量的不断增加,以及网络端口成本的降低,数据中心标准所推荐的产品在水平部分已经达到了万兆以太网的要求,主干部分则推荐更高的40G或100G以太网。


大家可以看到,网络是伴随着我们需求的不断提高和新的产品的研发,而更加快速的增长。

数据中心里的核心设备是服务器,下图展示的图表是服务器光纤网络接口的变化:

左侧深蓝色部分代表100兆网络,深红色代表千兆网络,黄色代表万兆网络,浅蓝色和紫色代表40G和100G网络,我们可以看到在2014年,随着10G端口成本的降低,1G的端口基本处于被淘汰的阶段。在10G的端口成为主流的同时,40G已经开始出现,并随着成本的不断降低,在未来几年里将慢慢占据重要地位。

网络速度的不断提高,将对我们的系统造成什么样的影响呢?最大的影响将是光纤网络本身对于传输介质的要求将会越来越高,其中最主要的一个指标就是光纤链路的损耗,也就是我们常说的光纤衰减。

那么我们来看一下一些主流高速光纤网络对光纤损耗的要求:

IEEE发布的光纤以太网对损耗的要求:10G以太网需采用OM3光纤传输,最远距离达到300米,光纤链路的损耗最高不能超过2.6dB,40G以太网和100G以太网,采用OM3光纤可以传输100米的距离,损耗最高不能超过1.9dB。采用OM4光纤可以传输到150米的距离,损耗不能超过1.5dB

除此以外,对于多模光纤网络,我们之前的研讨会介绍过,只能采用12芯或者24芯MPO这种预端接的方式传输。普通的LC连接器已经没有办法支持了。

除了以太网,数据中心还会经常用到存储网络的光纤通道,也就是Fiber Channel这种网络,对于8G光纤通道,最高损耗不能超过2.19dB/2.22dB,16G的光纤通道不能超过1.95dB/1.97dB。

传输距离的概念大家比较清楚,那损耗的参数代表什么呢?损耗其实就是光信号在光纤中的衰减,测量的方法可以采用发射端的光信号减去接受端的光信号,得到的数值,经过一定的计算公式,就转换成了我们所说的损耗值。

那么越高的损耗意味着光信号衰减越高,而光纤链路中损耗比例战的最大的是连接器部分,比如一个耦合器的损耗,标准要求是最高0.75dB。一般情况下一条光纤链路中都会包含多个耦合器,而100米的光缆最大的衰减是不能超过0.35dB的,所以一个光纤链路连接部分的优劣将直接影响光纤链路整体的损耗和所能支持的网络和传输能力。

上面我们讨论了对于数据中心光纤网络衰减方面的需求,现在随着数据中心的规模不断增大,所涉及到的网络不断扩展,在光纤布线的结构上的需求也越来越复杂。

更加复杂的结构也对光纤网络的设计起到极为重要的作用。

下面这张图是一个很典型的数据中心光纤网络,左面是LAN网也就是以太网,右面是SAN网,也就是存储网,这两个网络的光纤同时汇聚到中间的光纤配线柜中,然后通过跳接的方式在光纤配线柜对各个网络端口进行集中管理。

这种集中管理的方式将有源设备机柜和布线机柜分隔开,增加了设备的安全性和线缆的易操作性。但这种结构就要求光纤链路中存在多次的跳接及链路中的连接次数,而连接器的数量及总的衰减也将相应的增加。这就将对光纤信道的衰减提出更高的要求。

在一个典型的一条链路中包含四次跳接的案例中,设备区的光纤通过MPO光缆和模块盒连接至单独划定的主配线区,网络设备交换机同样通过MPO光缆和模块盒的形式连接至主配线区。交换机和设备之间的跳接就存在四个MPO模块盒。这种设计方式目前已经应用在很多大型的、网络结构复杂或者安全性要求高的数据中心。

那么目前数据中心解决方案中,如此高速的网络带宽和复杂的网络结构,对我们在选择布线产品的时候会有什么样的影响呢?或者说,布线系统如何选择才能适合如此高标准的光纤网络和多连接的网络结构呢?

下面介绍一下TE安普布线的产品在该领域的应对措施以及解决方案:

首先让我们来看一下典型的MPO系统的网络结构和光纤损耗。以万兆网络威力,最大可以承受的光纤衰减是2.55dB,如果光纤链路总体衰减超过这个值,万兆网络将无法工作,或者自动降为千兆网络,所以在设计一条万兆光纤链路时,要保证整条链路达到所需的衰减要求。

普通的MPO光纤最大衰减为1dB,按照多模光缆每公里3dB的衰减计算,数据中心链路一般不超过100米,这样在光纤本身上的损耗不会超过0.3dB。

一条完整的MPO光纤链路是包含了两个模块盒和一条干线线缆的,总共的衰减我们可以计算得出:光纤盒的损耗是(2*1dB)加上光纤本身的损耗0.3dB,得到的链路损耗为2.3dB,可以支持10G网络,但一旦链路增加一次跳接或者设计为较复杂的布线结构,会有什么问题呢?

如果增加了一次跳接,三次跳接的情况,链路的损耗将变为3*1dB,再加上0.3dB,最后总的链路损耗达到了3.3dB,超出10G以太网的链路最大衰减需求。所以当一些复杂的结构加入的话,例如设备在配线区需要互联,或者直接跨国2层设备上联到三层设备时,这种链路将无法支持。

TE公司安普布线推出的MPOptimate光纤盒,在光纤连接器、耦合器部分做了优化,将整个模块盒的损耗降低到了0.35dB。

那么我们再来计算一下链路的损耗:2×0.35dB加上1dB,计算出来的两个模块盒的链路损耗最高只有1dB,对于万兆光纤网络2.55dB损耗的要求,还有1.55dB的余量。按照这种计算方式,万兆网络可以支持的最大的跳接次数达到了6次连接,并且仍有0.15dB的余量。这种低损耗的优化光纤盒,可以帮助数据中心应用更高速的光纤网络和更复杂的结构。

除了针对10G网络的完美支持,MPOptimate系统还可以支持40G和100G以太网的应用在300米长的万兆信道上,可以支持最多6个模块盒的连接在100米和150米的40G和100G光纤网络信道上,可以支持4个模块盒的连接

将来数据中心的发展趋势将是更加环保和节能,而降低能耗的更好的方法是减少数据中心中设备的使用量,例如减少二层设备。

在图示的布线结构中,主配线子系统和区域配线子系统中都不存在交换设备的情况下,可以讲设备区域的布线直接连接至核心交换设备,这种方式的跳接次数将达到六次,对于万兆系统,MPOptimate系统也能更好的支持。

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