如今,随着网络边缘支持更多用户、设备、应用程序,以及服务,数据中心互连应用程序已成为网络环境中一个关键且快速增长的部分。

到2021年,亚太地区的互联带宽将以51%的复合年增长率增长,将达到2,200Tbps以上,而新加坡的互连带宽预计将在此期间增长四倍以上。随着企业日益实现数字化,容量需求将进一步增加。为了促进数据的实时通信和传输,无论是在数据中心之间还是在数据中心内部,高速可靠的网络互连都是必不可少的。

在这个提供超快速交易能力对于业务至关重要的时代,需要探索数据中心互连的最佳实践和当今可用的技术,以扩展网络功能。

更加扁平的网络架构可以提高连接性和可扩展性

巨大的数据增长推动了数据中心园区的增长,特别是超大规模的数据中心。现在,数据中心园区内的所有这些建筑物必须以足够的带宽连接。为了保持园区中数据中心之间的数据流动,每个数据中心现在能够以高达200Tbps的速度传输到其他数据中心,在未来需要更高的带宽(参见图1)。

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图1:概念性园区布局

带宽需求可高达100Tbps甚至200Tbps

为了应对不断增加的工作负载和延迟需求,如今的超大规模数据中心正在迁移到叶脊架构(参见图2)。通过叶脊架构,网络分为两个阶段。主干阶段用于聚合和路由数据包到最终目标,叶子阶段用于连接主机上的终端主机和负载平衡连接。

理想情况下,每个叶子交换机都会扇出到每个主干交换机,以实现服务器之间的连接最大化,因此,网络需要高基数的主干/核心交换机。在许多环境中,大型主干交换机连接到更高级别的主干交换机,以将校园中的所有建筑物连接在一起。由于这种更扁平的网络架构和高基数交换机的采用,可以期望网络变得更大、更加模块化、更具可扩展性。

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图2:主干和叶子架构和高基数交换机需要数据中心结构中的大规模互连

通过极端密度网络优化带宽传输

在数据中心园区的建筑物之间提供这种带宽量的最佳和最具成本效益的技术是什么?企业已经采用多种方法以在该水平上提供传输速率,但是普遍的模型是在许多光纤上以较低的速率传输。要使用此方法达到200Tbps,每个数据中心互连需要3,000多条光纤。当用户考虑将每个数据中心连接到园区中的每个数据中心所需的光纤时,其密度很容易超过10,000根光纤。

现在人们已经确定了对极密网络的需求,因此了解构建它们的最佳方法非常重要。如今,在相同的电缆直径或横截面内,新的电缆和带状设计已使光纤容量从1728根增加到3456根。这些通常分为两种设计方法:一种采用标准矩阵色带,具有更紧密的可封装子单元,另一种采用标准电缆设计,采用中心或开槽芯设计,松散粘合的网状设计色带可相互折叠(见图3)。

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图3用于极端密度应用的不同带状电缆设计

利用这些极端密度的电缆设计可在相同的管道空间内实现更高的光纤密度。图4说明了如何使用新的极端密度型电缆的不同组合,使网络所有者能够实现超大规模数据中心互连所需的光纤密度。

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图4使用极高密度电缆设计在同一管道空间内将光纤容量加倍

互连的未来

目前的市场趋势表明,对光纤数量的要求将超过5,000根。为了维持仍可扩展的网络基础设施,减小光纤电缆尺寸的压力将会增加。随着光纤填充密度已接近其物理极限,进一步有效地减小电缆直径的选择将变得更具挑战性。

开发商还侧重于如何最好地将数据中心互连链路提供到间隔更远的位置,而不是共同位于同一物理园区内。在典型的数据中心园区环境中,传统数据中心互连长度不超过2公里。而相对较短的距离使得光纤电缆无需任何拼接点即可提供连接。然而,由于边缘数据中心部署在大都市区域以减少延迟时间,因此距离可以增加并且可以长达75公里。

在不影响现有管道和工厂内部环境的情况下,开发能够有效扩展以达到所需光纤数量的产品仍是光纤行业面临的挑战。随着光纤密集型5G时代的临近,网络运营商现在需要寻求优化数据中心互连性,以解决当前和未来的数据传输率问题。

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