數(shù)據(jù)中心100G主流應(yīng)用技術(shù)分析與市場預(yù)測

　　自2010年IEEE802.3ba標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之日起，100G的應(yīng)用從技術(shù)層面已經(jīng)具備了可行性，從2010年以來到現(xiàn)在，100G的應(yīng)用與技術(shù)層面的探討一直備受關(guān)注。而由于IEEE802.3ba中無論是單模還是基于多模光纖技術(shù)所支持的100G應(yīng)用并未形成規(guī)?；膽?yīng)用趨勢，這與早期標(biāo)準(zhǔn)多模光纖應(yīng)用以10G*10并行傳輸100G的方式，以及單模光纖基于WDM技術(shù)支持長距離的方式，總體光收發(fā)器與光纖鏈路的合并總體成本偏高，端口功耗高，特別是多模光纖100G與40G接口與通道不統(tǒng)一等因素相關(guān)，更重要的是100G的市場實(shí)際需求還未真正被激發(fā)起來。經(jīng)過最近2-3年的發(fā)展，100G的應(yīng)用已經(jīng)形成多種技術(shù)類型與聯(lián)盟，無論是已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的IEEE802.3bm還是以SWDM，MSA等多個(gè)織織所推出的100G應(yīng)用模型。支持100G的接口與應(yīng)用技術(shù)種類非常多且各具特點(diǎn)。這對于即將部署100G的數(shù)據(jù)中心用戶的選擇帶來了困惑：具體選擇什么類型的100G對于數(shù)據(jù)中心用戶從技術(shù)層面，長遠(yuǎn)升級以及投資回報(bào)率上更具有優(yōu)勢呢?本文嘗試從這些角度提供一些可供參考的建議。

　　二，數(shù)據(jù)中心100G應(yīng)用處于一觸即發(fā)的靜默期

　　IEEE802.3ba標(biāo)準(zhǔn)自2010年發(fā)布后，40G基于多模光纖并行傳輸?shù)囊?guī)?；瘧?yīng)用實(shí)際是從2013年下半年開始的，其間也有一部分用戶選擇基于BIDI技術(shù)等40G應(yīng)用，經(jīng)過這幾年的規(guī)?；渴穑?0G已經(jīng)整體市場已經(jīng)趨于穩(wěn)定狀態(tài)。而100G的規(guī)?；渴饘⑻幱谝挥|即發(fā)的靜默狀態(tài)，為什么這么說呢?因?yàn)?00G的應(yīng)用當(dāng)前對許多用戶來說是有真實(shí)需求的。

　　下圖1以太網(wǎng)端口趨勢的預(yù)測來自DELL，可以看到2016年100G的應(yīng)用處于急速增長前的階段。

　　那么哪些原因使100G的應(yīng)用落地?有幾個(gè)方面因素促使100G以太網(wǎng)規(guī)?；瘧?yīng)用。從宏觀上看，近年來數(shù)據(jù)通信量處于快速增長的趨勢，據(jù)Cisco的報(bào)告中顯示，全球移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信量年復(fù)合增長率57%;物聯(lián)網(wǎng)(IoT)在中國市場投資增長年復(fù)合增長達(dá)到30%以上，物聯(lián)網(wǎng)的快速增長使得機(jī)器之間MTM(MachinetoMachine)的數(shù)據(jù)通信量急增且許多數(shù)據(jù)24小時(shí)不間斷;除此以外，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球三網(wǎng)合一寬帶網(wǎng)絡(luò)投資年復(fù)合增長率達(dá)到15%左右。除了上述的幾大類可以預(yù)測的數(shù)據(jù)增長大趨勢，未來幾年還有許多基于互連網(wǎng)的技術(shù)的應(yīng)用將促進(jìn)全球基于IP數(shù)據(jù)通信量的快速增長，年復(fù)合增長率達(dá)到25%且云計(jì)算數(shù)據(jù)中心比例在持續(xù)增長，如下圖2所示。

　　圖2：Source:CiscoGlobalCloudIndex,2014–2019

　　上述提及的多方面應(yīng)用的快速發(fā)展都需要依賴數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持。采用云計(jì)算虛擬化的技術(shù)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心可以大幅度提高數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的利用率，據(jù)Cisco的預(yù)測報(bào)告中統(tǒng)計(jì)，全球云計(jì)算數(shù)據(jù)中心服務(wù)器負(fù)荷是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器負(fù)荷的2.6倍以上且每年差距還正在不斷拉大。為應(yīng)對服務(wù)器端口數(shù)據(jù)量的不斷提升。IEEE802.3by標(biāo)準(zhǔn)工作小組正在制訂服務(wù)器端口采用25G的標(biāo)準(zhǔn)，可采用多種介質(zhì)如多模光纖或雙軸平行電纜DAC，以及即將發(fā)布的新標(biāo)準(zhǔn)即基于Cat8銅纜的25GBase-T與40GBase-T等技術(shù)。當(dāng)服務(wù)器端口從10G升級到25G的時(shí)候，數(shù)據(jù)中心的接入層網(wǎng)絡(luò)到核心網(wǎng)絡(luò)之間的主干連接以及虛擬化數(shù)據(jù)中心Spine與Leaf之間連接都需同步升級到100G的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)總體演進(jìn)需滿足收斂比的要求。多模光纖每通道傳輸25G相當(dāng)于IEEE803.3bm標(biāo)準(zhǔn)中將單個(gè)傳輸通道分離出來，無論從市場還是技術(shù)實(shí)現(xiàn)服務(wù)端口25G的應(yīng)用是大勢所趨，這個(gè)新的25G標(biāo)準(zhǔn)將在2016年內(nèi)正式發(fā)布。這些方面都在促使數(shù)據(jù)中心100G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的迫切性與必要性。

　　數(shù)據(jù)中心類型不同決定了不同的需求，當(dāng)前不是所有數(shù)據(jù)中心用戶都有部署100G的需要，什么樣類型的用戶最需要部署100G的網(wǎng)絡(luò)?要回答這個(gè)問題，我們可以把數(shù)據(jù)中心分成兩個(gè)大類，IDC(InternetDataCenter互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心)與EDC(EnterpriseDataCenter企業(yè)數(shù)據(jù)中心)。相對而言部分IDC數(shù)據(jù)中心部署100G的主干網(wǎng)絡(luò)更具有迫切性，具體來說如大的互連網(wǎng)公司或運(yùn)營商的數(shù)據(jù)中心或一些規(guī)模化的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心等，也不完全排除部分大的企業(yè)數(shù)據(jù)中心用戶，但從總體比例上來看當(dāng)前階段IDC采用100G的比例或迫切性更高。

　　三，數(shù)據(jù)中心100G主流應(yīng)用模型與特點(diǎn)

　　當(dāng)前市場中可以實(shí)現(xiàn)100G應(yīng)用的接口技術(shù)種類已經(jīng)非常豐富，對于數(shù)據(jù)中心的實(shí)際而言，大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心的連接點(diǎn)之間距離不超過500米，除非超大型數(shù)據(jù)中心的園區(qū)主干可能會(huì)有部分超過500米。筆者根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)，從現(xiàn)在的大量100G接口模型中選擇了最有可能應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的4個(gè)模型的特點(diǎn)來作進(jìn)一步的分析，供即將需部署100G的用戶作參考。

　　模型1：100GBase-SR4,此應(yīng)用模型符合新的標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3bm,該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)于2015年正式發(fā)布。采用8芯多模光纖組成的4個(gè)通道并行傳輸。多模OM3與OM4光纖均支持100G應(yīng)用，接口采用12芯MPO接口，其中中間4四芯光纖不啟用，每個(gè)通道支持25G，傳輸模型與IEEE802.3ba中40GBase-SR4完全一致，收發(fā)器采用QSFP28，具體通道與接口如下圖3所示：

　　100GBase-SR4的總體特點(diǎn)：接口模型與40GBase-SR4是完全一致，與QSFP28的光模塊上采用MTP/MPO光纖連接器進(jìn)行對接。原MTP/MPO的物理光纖鏈路可以直接升級為100G應(yīng)用。本模型可采用常規(guī)OM3與OM4多模光纖分別支持100G應(yīng)用70米與100米的距離。

　　值得關(guān)注的是，目前已經(jīng)有部分主流光收發(fā)器廠家在推動(dòng)100GBase-eSR4，主要是加大發(fā)光功率以增加傳輸距離，100GBase-eSR4有望在基于OM4光纖的基礎(chǔ)上達(dá)到200米的傳輸距離以達(dá)到絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心主干應(yīng)用長度覆蓋范圍,eSR4將解決并行多模光纖傳輸距離的瓶頸，很大程度提升了SR4光接口的可用性。

　　模型2：100GBase-SWDM4，SWDM(ShortWavelengthDivisionMultiplexing)是指短波段波分復(fù)用技術(shù)，在一芯多模光纖上傳輸4個(gè)波段的光信號。多模光纖中四個(gè)波段的窗口分別是850nm,880nm,910nm以及940nm。波分復(fù)用的原理與單模上的CWDM類似，而SWDM是首次將波分復(fù)用技術(shù)應(yīng)用多模光纖短波段上，可以參考下圖4傳輸原理的模型。

　　傳統(tǒng)OM3及OM4的多模光纖的主要傳輸窗口定義在850nm,而如果采用SWDM技術(shù)則需要有四個(gè)窗口傳輸光信號，四個(gè)波段光源仍采用性價(jià)比高的VCSEL垂直腔面發(fā)射激光器。為了提高整體的帶寬，新一代多模光纖WBMMF(WidebandMultimodeFiber)的帶寬將有了新的提升，帶寬性能最高點(diǎn)處于大約在880nm波段附近且最高帶寬點(diǎn)高于傳統(tǒng)OM4多模光纖，參考下圖5關(guān)于傳統(tǒng)多模OM4光纖與WBMMF光纖的帶寬對比圖。

　　WBMMF同樣也是50/125um的規(guī)格，目前TIA-42工作組已經(jīng)正在制定新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，新的WBMMF光纖標(biāo)準(zhǔn)為TIA-492AAAE，該標(biāo)準(zhǔn)有望在2016年下半年正式發(fā)行。WBMMF可以與常規(guī)OM3及OM4光纖向下兼容。SWDM技術(shù)同樣可以采用OM4光纖作為傳輸介質(zhì)，只是傳輸距離要作相應(yīng)的縮減。目前SWDM非完全公開技術(shù)，是由SWDM聯(lián)盟的幾家成員公司在推動(dòng)，該聯(lián)盟主要以網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠家以及光模塊設(shè)備廠家為主，基于SWDM100G的光模塊將優(yōu)先采用小型化接口QSFP28以支持交換機(jī)面板更高的密度。

　　100GBase-SWDM4的總體特點(diǎn)：SWDM4的QSFP28光模塊上光纖接口采用多模雙工LC接口僅需要2芯光纖。采用WBMMF光纖可以支持100G距離達(dá)到300米，即便采用常用OM4光纖，也可以支持100G達(dá)到至少100米的距離。相比SR4模型，SWDM4多模光纖數(shù)量只需要25%的光纖量。

　　模型3：100GBase-PSM4

　　100GBase-PSM4的總體特點(diǎn)：采用單模光纖并行傳輸?shù)哪Ｊ?，每個(gè)100G模型采用8芯單模光纖共構(gòu)成4個(gè)獨(dú)立的通道，每通傳輸25G數(shù)據(jù)。接口采用12芯MPO接口，其中MPO接口的中間4芯光纖不啟用，每個(gè)通道支持25G，光纖傳輸模型類似100GBase-SR4，最大的差別是PSM4采用單模光纖作為傳輸介質(zhì)，采用激光光源1310窗口，收發(fā)器同樣采用小型化接口QSFP28，連接器采用MTP/MPO單模APC，如下圖6所示.

　　100GBase-PSM4的總體特點(diǎn)：采用QSFP28的接口，使用單模MTP/MPO光纖連接器進(jìn)行對接。本模型可采用常規(guī)OS2單模光纖可以支持距離達(dá)到500米，在這個(gè)距離范圍內(nèi)PSM4模型的整體價(jià)格才具有一定的競爭力。目前100GBase-PSM4還未得到IEEE標(biāo)準(zhǔn)化組織的承認(rèn)，主要由PSM4MSA聯(lián)盟在進(jìn)行推廣中。

　　模型4：100GBase-CWDM4