数据中心如何应对向400G迁移的巨大压力

对带宽的需求日益增长，推动因素包括5G、物联网（IoT）和视频点播等应用。为支持这些技术和应用，数据中心正感受到巨大的压力，需要将其网络升级到400G。因此，向400G迁移是数据中心运营商的当务之急。我们看看向400G迁移对数据中心意味着什么——从应对新的光模块到选择能够可靠高效地验证网络的400G测试仪。  

数据中心内和数据中心之间的流量不断增加 

数据中心管理的数据正在呈指数级增长，这些数据在数据中心内（即IDC）以及数据中心之间（即DCI）传输。  

由于单个数据中心内有数以十万计的高速连接，因此在数据中心内完成400G升级是一项艰巨的任务。此外，数据中心采用可扩展的计算模型，这意味着在设计这些数据中心的架构时，需要考虑到迟早会增加400G端口。  

每天都有新的数据中心被投入使用，这是因为企业希望数据中心除了发挥支持业务连接和灾难恢复的“传统”作用外，还能够在日常运营中提供负载均衡功能。数据中心数量持续增长，包括在传统城市中心之外突然出现的新设施。数据中心的数量越来越多，它们之间的距离也越来越远，因此更加需要一种新技术，方便数据中心在越来越远的距离上互连。这正是相干光学等新兴技术可以大显身手的地方。与已经在数据中心环境中使用的ZR光模块一样，相干光模块能够支持速度更快（最高400G）、距离更远（超过120公里）的连接。稍后我将在这篇博客中详细介绍相干光学和相干光模块。   

对于所有这些光模块，灵活敏捷是向400G迁移取得成功的先决条件——这既适用于数据中心基础设施，也适用于验证和鉴定工具。  

400G光模块 

向400G的迁移正在有条不紊地进行中，光模块也成为数据中心领域的一个热门话题。在这场追求更高速率的竞赛中，可插拔光模块发挥基础和主导的作用。可插拔光模块尺寸较小、功耗和成本较低，并能够支持更多的速率，成为实现400G传输的推动因素。  

此外，光模块的类型也非常多（见图1）。即使在每一类物理接口（如QSFP-DD）中，也有不同 “口味”的光模块（如覆盖距离长达10公里、覆盖距离超过100公里的相干模块），支持不同的速率（如25G、40G、100G、400G等），但每一个对于解决数据传输难题都不可或缺。管理和支持所有类型的光模块，并将它们集成到现有与下一代基础设施中是一项复杂的任务，需要极高的技巧才能完成。 

图1：不同封装形式的光模块。 

新模块不断出现 

应对不断涌现的新型可插拔光模块、管理大量的光模块、解决它们的互操作性问题以及将它们集成到现有的基础设施中是数据中心运营商的首要任务。集成新型的物理接口（QSFP-DD、OSFP、 SFPx）以支持越来越高的数据速率让数据中心运营变得日益复杂。光模块需要变得越来越小、功耗越来越低，这意味着新型接口将不断涌现。新型的光模块包括QSFP112。每个通道支持112G，这是光模块技术的未来，而数据中心将需要进行调整，以实施和测试这些类型的光模块。 

检测光模块和清洁光纤连接器的重要性    

确保数量庞大的光纤和光模块正常工作是一项重要且艰巨的任务。连接器被污染或光模块硬件存在问题是数据中心技术人员面临的主要问题。很多时候，技术人员因为没有合适的测试工具，只得丢弃可能有故障的光模块。当使用的可插拔光模块成千上万时，这种简单的拆下并更换的策略成本很高，也很费时。如果不能将被污染的光纤连接器标记出来，可能导致不必要的长时间网络故障。技术人员会浪费时间来确定问题根源（如路由器、光模块或开关），而问题仅仅是光纤连接器被污染，很容易就可以清洁干净（图2）。 

在400G网络中，检测和清洁光纤连接器尤其重要。对高速传输而言，光纤或连接器出现任何问题可能造成严重故障，从而显著影响服务性能。配备合适的工具来检查和清洁连接器非常重要。但任务并没有就此结束，使用自动化工具来验证光模块的功率、寄存器内存和光模块温度也非常重要（图3）。这些数据为技术人员提供了完整的连接状况，帮助减少排障时间。 

 

 

图2：通过EXFO的FIP-500光纤端面检测器看到的清洁和被污染的连接器（LC双工和MPO）。

 

图3：光模块通过使用EXFO的iOptics进行的检测。

相干光学 

如上所述，新的光模块不断涌现，它们采用各种封装形式，支持更高的速率。这让情况变得更加复杂，因为既要有进一步扩展以支持更高速率的能力，又要能够管理现有的模块。可插拔相干光模块是最新出现的光模块类型之一（见图2）。  

相干光模块出手相助！这些新的光模块有望降低单位比特的传输成本、采用更加简化的架构（IP over DWDM）、实现更长的传输距离并能够与现有的路由器和开关互操作，因此对于成功拓展400G硬件在DCI和城域网中的应用至关重要（图4）。相干光模块（如ZR、ZR+等）备受数据中心青睐，因为它们有助于在数据中心之间实现长距离互连——可达120 km甚至更远。

图4：可插拔光模块的优点。  

验证AOC和DAC线缆 

有源光缆（AOC）和直连高速线缆（DAC）是用于服务器机架内高速链路的主要布线技术，由于它们具有许多潜在优势，因此正被广泛部署于高性能计算和数据中心应用内。AOC组件的出现是为了取代铜缆技术，并提供一种经济高效的方式，将架顶（TOR）交换机和骨干聚合交换机连接起来，以支持400G及更高的传输速率。如果没有适当的测试措施（测试功耗和光功率水平、确定线缆温度等），验证线缆可能会成为数据中心管理人员面临的一大挑战。 

在数据中心内测试400G 

考虑到向400G迁移以及升级所需的一切，数据中心需要配备相应的测试解决方案，使其能够在最短的时间内可靠地测试和验证尽可能多的400G链路。借助EXFO的双端口400G测试解决方案FTBx-88480，数据中心运营商可以通过一款测试解决同时验证两条链路，速率高达400G。该解决方案配备112G电通道，可测试现有的光模块，并支持未来出现的下一代光模块。EXFO的开放式光模块系统（OTS）采用可更换的测试模块，数据中心的技术人员只需要直接在数据中心内更换OTS模块，便可以测试多种类型的光模块和速率。OTS采用面向未来的设计，这意味着在出现新的光模块时，可使用新的OTS模块，不再需要更换整个解决方案，从而节省成本并且对环境更加友好。在光纤方面，EXFO的FIP-500是全自动的光纤端面检测器，提供简单易用的光纤端面检测功能。而自动、智能的测试应用iOptics可提供一种精准、高效的方法来测试有故障的光模块以及有故障的AOC和DAC线缆。