400G BASE-SR16能带给我们哪些有关高速网络升级的启示

2017 年 12 月下旬，电气和电子工程师协会 (IEEE) 针对 200 Gbps 和 400 Gbps 采用了 802.3bs 标准。除此之外，该标准还为 400G BASE-SR16 铺平了道路。400G BASE-SR16 要求每个 MPO 有 32 条多模光纤，可提供 16 条 25G NRZ 通道。400G BASE-SR16 曾引起人们的广泛讨论，然而几年后，400G BASE-SR16 就夭折了。

事实证明，在当时，将 32 根光纤接入一个连接器可能有点太激进了。这带给我们什么教训呢？也许是，在追求更快吞吐量的过程中，实用性与速度同样重要。

高速网络升级是一个基于数据中心运营商业务模式和意图的相对术语。企业组织正在从双工传输转向并行传输（速度从 10G 提高到 40G，从 25G 提高到 100G 及以上），以增加容量。目前，行业领导者已准备好迁移到 800G，然后再迁移到 1.6T。网络设计师正在对他们的方案进行研究，力求确保其拥有正确的基础设施，从而高效地提供速度更高、延迟更低且更具成本效益的性能。

在布线方面，有大量 12 芯链路（还有一些 24 芯链路）已经安装就位。部分设施很早就从 12 芯光纤转换为 8 芯光纤，以支持相关应用。最近，另外一些设施已决定跳过 8 芯方案，直接转到基于 16 芯的基础设施。

在这篇博客中，我们将介绍数据中心可以采取哪些方法来处理从传统光纤配置到新设计的过渡，从而走上 1.6T 及更高速度的康庄大道，或者升级至下一代应用以满足其容量需求。在深入探讨解决方案之前，让我们先来了解一些背景。

我们的发展历程

为了加快数据速率的发展，10G、25G 和 50G 等双工应用被分组至四通道设计，以提供向 40G、100G 和 200G 的可靠、稳步迁移。所选择的配置是 12 芯 MPO，这是第一个被数据中心接受的 MPO 接头。确实有较少使用的 24 芯型号，但 12 芯光纤更常见，而且使用方便，也是交换机光学模块中更为常用的多光纤接口。

随着数据中心迁移到 8 或 16 芯应用以提高性能，12 和 24 芯配置的能效就显得较低了。利用 12 和 24 芯主干线缆扩展交换机容量变得更具挑战性。不是将数字相加那么简单，它会导致交换机端口容量空闲或强制将多条主干线缆组合成多头线缆或阵列线缆，以充分利用设备上的光纤。具有讽刺意味的是，经计算，12 芯完美适合 400G 以下的双工应用，但突然之间，它对于 400G 及以上的并行应用来说已变得没那么有吸引力。于是，8 通道设计（即 8 个接收通道和 8 个发送通道）应运而生。

16 芯光纤连接到底有哪些优势呢？

从 400G 开始，在多对主干光缆的构建模块中，八通道技术和 16 芯 MPO 扇出方案成为更高效的方案。从四通道部署转向八通道部署，会使扇出数量增加一倍，从而帮助网络管理员去除交换层或优化交换机前端的光纤布局和密度，同时支持线路速率应用。当今的应用已针对 16 芯布线进行了优化。通过 16 芯技术支持 400G 及更高速率的应用，数据中心可以尽可能地提高交换机或服务器的交换容量。顺便说一句，16 芯分组也完全支持 8 芯、4 芯或 2 芯光纤应用，不会造成任何损害或浪费。

这种 16 芯设计（包括匹配的收发器、主干/阵列线缆和预端接模块）成为通用构建模块，使数据中心能够升级到 400G 甚至更高。想利用 100G 通道升级到 800G 吗？单个收发器中来自共用主干线缆的一个 MPO16 或两个 MPO8 连接很快会成为一种还提供完全向后兼容性的方案。一旦 200G 线路速率上线，可以运用同样的思路让速度提高到 1.6T。

等等，我的 8 芯链路怎么办？

虽然 16 芯光纤对于 400G 以上的速度来说可能是最高效的配置，但传统的 8 芯光纤部署仍然具有一定价值，主要用于那些最高速度为 400G 的应用所在的数据中心。对于目前在运行 8 芯主干线缆且需要升级到 16 芯的用户来说，问题表现为：最佳处理方法是什么？什么时候处理？

本质上，您需要将配线架前面的光纤数量加倍，以支持配线架内相同的端口数。一种方法是将前面现有的 LC 接头切换为较小的 SN 接头，前提它是光纤配线架的一个选项。SN 封装提供了必要的空间，在使用同一尺寸和经验证的插芯的情况下，可在与双工 LC 适配器相同的空间内让光纤数量至少翻倍。一个模块中配置两个 MPO8（后部）至 8 个 SN（前部）接头与一个模块中配置单个 MPO8 至 4 个双工 LC 接头所占的空间相同。这一变化释放了一半的配线架空间，让数据中心能够将可用的光纤数量增加一倍，并支持两倍数量的端口，而无需增加机架空间（日常维护中通常做不到）。利用灵活的线缆管理器可以简单、轻松地添加额外的主干线缆。在应对日常维护所涉及的挑战时，这会带来巨大的回报。

我应该直接跳到 16 芯主干线缆吗？

如果您目前在使用 12 或 24 芯主干线缆，并且准备转向更高效的 8 或 16 芯配置来满足应用需求，该怎么办呢？首先要考虑的是您的业务模式。如果您的网络团队在评估可能需要 16 芯链路的应用，是否该考虑 8 芯方案？好问题。

尽管对于更高速度的应用，8 芯扇出与 12 芯或 24 芯解决方案不相上下，但与 16 芯设计相比，人们有充分的商业理由放弃 8 芯主干线缆部署。两者之间的主要区别是什么？端口数。典型的 MPO 端口密度为每机架单元 72 个端口。如果主干线缆和应用基于 8 芯光纤，就会有 72 个端口。如果变成 16 芯应用，则同样的 8 芯光纤主干仅提供 36 个端口。16 芯主干线缆与每机架单元 72 个端口的 16 芯应用相匹配，但在同一空间内也可以支持 144 个 8 芯端口。

许多企业组织的实际情况是：具有 4 路扇出功能的 8 芯应用会有更长的迁移寿命（基于容量需求）。但是，使用配备 16 芯端口的 8 路扇出模块可以提高能效并降低每千兆位成本，从而比原计划更快地对模型做出调整。从 8 芯连接转到 16 芯连接有助于您更好地分配全部交换机容量，并且在某些情况下可以免去一些交换机及其相关成本。对于全新部署来说，较明智的做法是选择 16 芯主干线缆，这样可以高效支持可扩展性及传统应用，而不会浪费光纤。

理想情况下，关于选择 8 芯还是 16 芯最好由基础设施布线团队和网络团队协商决定。然而，通常情况下是网络团队做出决定，而基础设施团队必须找到实现转变的最佳方式。

我原来的 12 或 24 芯部署怎么办？

虽然 8 芯和 16 芯配置最适合 1.6T 及以上的速度，但现在许多数据中心（包括大型超大规模设施）的实际情况是有很多传统的 12 芯主干线缆仍在使用中。

不妨假设我们决定从 12 和 24 根双工光纤部署转变为 8 和 16 芯并行应用。如何在不进行全面升级换代的情况下实现这一转变？

方法之一是使用适配器和阵列线缆，例如在光纤配线架的前面使用 LC，并使用一个在末端通过四个双工 LC 连接至一个 8 芯 MPO 的阵列。您也可以将 24 芯主干线缆分解成三个 8 芯阵列，或者将两根 24 芯线缆分解成三个 16 芯 MPO。MPO 适配器/阵列解决方案的一个缺点是线缆管理。扇出长度需要考虑到实用性。此外，基于 MPO 的收发器配有内置的定位针，因此需要无插针的设备线缆。对于现场技术人员来说，两端无插针的设备线缆是最简单的。但是，整个通道中必须采用正确的带插针/无插针组合。

最终结果：这些数字的搭配方法有很多；但目标始终一致：以最高效的方式支持应用需求，而不会导致端口处有大量杂乱的光纤。网络管理员应优先考虑能提供旧式 12 和 24 芯设计以及 8 和 16 芯配置的基础设施解决方案，而无需在现场进行耗时的配线架改装。

配线架内的切片和切块功能

另一个关键要求是提高配线架的设计灵活性。在传统的光纤平台设计中，设计专门的模块、熔纤盒和适配器组等配件用于配线架。因此，更换具有不同配置的组件就意味着也要更换配线架。此限制最明显的影响是部署新组件和新配线架所需的额外时间和成本。同时，数据中心客户还必须应对额外的产品订购和库存成本。

相比之下，如果所有配线架组件基本上可以互换，并且设计为适配单个通用配线架，设计师和安装商便能够在更短的时间内以更低的成本重新配置和部署光纤容量。同样，数据中心客户也能够简化其基础设施库存及相关成本。

用于实现高速网络升级的基础设施支持

我们来总结一下：数据中心环境越复杂、越拥挤，向高速网络的升级就越具挑战性。当升级涉及到（最终）迁移至不同的光纤配置时，难度会相应增加。这正是数据中心管理者所面临的局面。如何从传统的 12 和 24 芯部署过渡到更适合应用的 8 芯、尤其是 16 芯扇出，将决定他们能否利用 800G 及以上的容量为组织谋福利，同样也将决定他们在配线架上拥有的设计灵活性。

这些都是云端和超大规模设施的网络管理者现在正面临的挑战。从积极的一面看，康普已经为实现更加无缝和高效的迁移扫清了障碍。