資料中心高性價比的埠分支方案
埠分支部署已經成為一種流行的網路工具,並推動了大規模行業對並行光學收發器的需求。如今,埠分支通常用於將40/100Gbps(40/100G)並行光學收發器，轉換成四個10/25Gbps(10/25G)連結。並行埠分支有利於多連結應用,如建設大型脊-葉結構網路可以應用於現今的高密度10/25G網路。後者的任務是本文的重點。
思科的視覺化網路指數預測,從2015年到2020年，網際網路協議(IP)流量的年複合增長率(CAGR)將會增加22%,由無線和移動裝置的爆炸性增長所驅動。企業和雲資料中心的所有資料都將增長。這種增長解釋了為什麼資料中心通常是最快網路速度的最早採用者，並不斷地尋找保持機架和地面空間的解決方案。
僅僅幾年前,一個密度革命發生在結構化佈線的世界裡, 資料中心無源光纖硬體的密度已經翻倍，達到了在一個4U光纖配線架中288芯的埠數，無論是LC或MTP聯結器。這個增加已經轉加到交換機端，部署埠分支配置可以使一個交換機板卡在處理10G或25G網路時，達到3倍的處理能力。
瞭解埠分支部署工作我們必須首先了解網路使用的收發器型別。占主導地位的高密度1Gbps(1G)和10G 收發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)已成為高密度收發器的選擇。在並行40G應用中，四個10G銅帶走線進入QSFP收發器的後端，四個獨立的10G光學器件通過八芯光纖從收發器前端發出光。這種設計允許40G收發器作為四個獨立10G鏈路或一個原生40G鏈路執行。
在並行埠上執行10G網路，第一也是最明顯的好處是可以通過單個交換機線卡實現的密度。高密度SFP +交換機線卡通常最多配備48個埠。 但是，如今您可以購買帶有36個埠的高密度QSFP線卡。 如果它以分支模式執行，每個40G埠可以作為四個獨立的10G埠，將線卡容量增加三倍達到144個10G埠在一個單線卡上。 圖3和4顯示了這種配置。
如前所述，埠分支模式下的36埠40G QSFP線卡支援總共144個10G鏈路，因為每個40G埠可充當4個10G鏈路。為支援與傳統SFP +收發器相同數量的10G鏈路，需要3個48埠的SFP +線卡，如圖5所示。 隨著10G埠容量需求量的增加，這種影響將繼續增長。 對於每個裝滿40G線卡的機箱，在10G埠分支模式下執行，如果網路是使用傳統48埠的10G SFP +線卡構建的，則需要三個機箱。 通過部署40G線卡，資料中心的佔用空間大幅下降。
除了節省空間外，這對資料中心至關重要，因此可以節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網路的成本，以及使用高密度QSFP線卡部署10G網路的成本來節省資本支出。
圖1. SFP+ 收發器
圖2. QSFP 收發器
圖3. 48x10G SFP+ 線卡
圖4. 36x40G QSFP 線卡
圖5. SFP+線卡和支援144x10G連線的收發器模組
圖6. 成本比較
圖7.成本比較。機箱成本包括機箱，電源和電源線，系統控制器，風扇托架和結構模組。
圖8 收發器功耗比較
我們評估了一個帶有8插槽機箱的場景，其中滿配了36埠的QSFP線卡。線卡上裝有40G並行光學收發器，以分線模式執行，機箱總埠數為1152個10G埠。使用10G SFP +線卡實現等效的10G埠容量，需要總共三個八插槽機箱和48埠的線卡。成本比較包括使用所有元件的標準列表定價的交換機機箱，線卡和相關收發器的成本。圖6中的機箱成本包括所需的電源，風扇托架，監控器，系統控制器和結構模組。由於在使用SFP +收發器時支援10G埠密度所需的機箱數量增加，因此這些額外所需的元件也會增加。因此，該研究表明，在每個埠的基礎上，與在多模應用的埠分支模式下部署40G埠相比，部署獨立10G埠的成本幾乎高出了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支出的好處。 首先，大多數供應商的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省之外，所需的功率和冷卻減少約67%，因為機箱和線卡的數量減少了三分之二。 另外，我們可以節省執行收發器所需的額外功率。圖8中的資料顯示，在部署多模埠分支配置時，收發器功耗節省超過60%。
除了節省空間和成本的好處之外，當您將網路速度從高密度10G(或25G)架構提高到原生40G(或100G)網路時，您在第2天即可獲得額外的好處。隨著網路從埠分支10G(或25G)遷移到原生40G(或100G)，現有的40/100G光纖和線卡在埠分支模式下執行可以繼續處理原生40/100G鏈路。該方法允許兩代速率運行於交換機，線卡和相關的並行光學收發器中。
由於並行光纖收發器可在8芯光纖上執行，因此考慮如何設計資料中心結構化佈線以支援埠分支模式非常重要。推薦的設計包括為光學基礎設施採用Base-8 MTP連線以優化光纖利用率和埠對映的解決方案。 如圖9a，9b和9c所示，部署與8芯MTP聯結器介面的連線允許埠分支到四個LC雙工埠，用於連線到10G裝置埠，這是簡單和優化的解決方案。
圖9a 使用8芯分支跳線的埠分支
圖9b 使用8芯預端接模組的埠分支
圖9c 一個交叉網際網路絡中，使用8芯埠分支預端接模組的埠分支
圖9a和9b描繪了結構化佈線設計，其中專用佈線主幹安裝在具有40/100G和10/25G埠的裝置之間。當所有四個10/25G埠都集中在一個裝置單元中時，圖9a非常適用，而當結構化線纜中的跳線必須到達機櫃中的不同裝置埠時，圖9b中的佈局很適用。但是，圖9c通過在交叉連線位置將40G(MTP)埠分解為LC雙工埠，為資料中心結構化佈線提供了最大的靈活性。在中央配線區域使用交叉連線來實現，40/100G交換機的任何10/25G分支埠都可以連線到需要10/25G鏈路的任何裝置。
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路優勢，有助於解釋並行光學收發器在高密度10G和25G網路中的普及。雖然我們的重點是資料中心的乙太網，但同樣的方法也適用於光纖通道上的儲存區域網路(SAN)。 SAN交換機線卡可與4x16GFC的並行光學QSFP收發器配合使用，可實現高密度16GFC SAN結構。這些優勢解釋了為什麼乙太網和光纖通道都有8芯光纖並行光學的選擇，可以選擇路線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，由於其提供的網路和經濟優勢，您應該評估將並行埠進行埠分支。
關於作者：
Jennifer Cline是康寧的即插即用系統產品線經理，負責管理公司的MTP資料中心解決方案。她之前曾在工程服務，市場營銷，現場銷售和市場開發方面擔任過職務。 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目前是康寧全球資料中心市場開發經理。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的職位。大衛發表了許多行業文章，併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資料中心和系統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。