40G/100G光纤以太网设计建议

  近些年，互联网发展迅猛，几乎成几何倍的增长带给人们前所未有的网络应用体验。社交媒体、电子商务、网络银行、网络游戏等等的应用，促使各行业都因为互联网应用发生了翻天覆地的变化。作为网络最底层支撑这些应用发生的基础设施，也因为所有的应用，加快了发展的步伐。尤其是对于社交网络、银行网络这种用户数量巨大、网络交互频繁、网络安全性要求高的网络系统，传统的千兆、万兆已经不能满足日益增长的需求。因此，40G、100G网络的需求也成为未来几年的趋势。但是如何才能构建一个真正高速、安全、又具有高性价比的40/100G网络系统，成为先要吃螃蟹的工程师们的要考虑的问题。本文就是根据这一需求，为读者介绍目前对于40/100G网络最新的国际标准，以及业界最先进的解决方案，希望能够为从业的技术攻城狮们带来一些启示。

  IEEE 802.3ba标准

  作为最新的网络应用，2010年IEEE组织又发布了IEEE 802.3ba标准，该标准同时定义了两种传输速率 (40 GBE 和 100 GBE) 的基于光纤传输网络应用。共有4种不同的应用标准。

  - 40GBASE-CR4

  - 40GBASE-SR4

  - 100GBASE-CR10

  - 100GBASE-SR10

  这里的 –CR 变量的标准40GBASE-CR4和100GBASE-CR10可以使用铜轴电缆跳线传输，但最远距离只有7米。–SR 变量的标准40GBASE-SR4和100GBASE-SR10是使用多模光纤介质来传输的。

  40GBASE-SR4 和 100GBASE-SR10 标准是第一次的使用多于2芯光纤传输的以太网应用，基于原有已成熟的双工多模光纤10Gb/s的数据传输流技术，40GBASE-SR4使用8芯多模光纤进行传输，100GBASE-SR10使用20芯多模光纤进行传输。因此这些网络应用需要使用多于2芯光纤的连接器MPO。

MPO 12芯光纤连接器 

MPO 24芯光纤连接器

    注：采用单模光纤传输40G/100G，仍然可以使用2芯光纤和传统的双工连接器，但收发设备较为昂贵。

  40GBASE-SR4 (40GBE)

  100GBASE-SR10 (100GBE)

  采用MPO 24芯光纤连接器，20芯光纤全双工传输100G

  100G光纤多模以太网尽管有两种解决方案的标准推荐，如上所示的方案A和方案B, 可以采用一个24芯的MPO光纤连接器和采用2个12芯MPO光纤连接器，但目前主要的网络设备厂商所推出的100G光纤模块全部都采用方案A 一个24芯MPO的解决方案，因此如果您的数据中心光纤主干有100G的升级考虑，设计和实施24芯MPO光纤布线系统不啻为最佳选择。

  部署24芯MPO比较12芯MPO光纤系统的优势所在

  多模MPO作为数据中心光纤布线系统的主流产品，目前市场上可以见到有两种产品，一种是12芯的MPO, 一种是24芯的MPO。首先明确一点，这里的12芯的MPO和24芯的MPO都指的是在一个相同大小的MPO连接器内，而非一条24芯多模光缆，两边各分出2个12芯MPO(这样的仍然被称之为12芯MPO,因为MPO是对光纤连接器的定义而非光缆)

  MPO 12芯光纤连接器 MPO 24芯光纤连接器

  部署24芯MPO比较12芯MPO光纤系统的优势主要体现在以下这几个方面：

  1. 24芯MPO光纤系统可以实现10G、40G和100G的无缝升级。40G光纤以太网需要用到8芯光纤传输，一条12芯的MPO光缆升级40G，将会有4芯被浪费，而24芯MPO光缆升级40G可以正好1：3的配置，没有光纤被浪费。

  2. 24芯MPO光纤系统可以支持连接100G的光纤模块，目前设备厂商没有提供12芯MPO 的100G的光纤模块。

  3. 24芯MPO光缆可以比12芯MPO光缆有更小的空间占用。

  40G及100G的光纤信道损耗要求及设计建议

  以下图片摘自40G、100G光纤以太网标准IEEE 802.3ba，该标准于2010年正式发布，定义了多模光纤及单模光纤系统传输40G和100G以太网的规范，OM3和OM4多模光纤系统传输40G/100G的信道损耗最大值分别是1.9dB和1.5dB, 另外的区别就是OM3可以支持40G/100G最远距离100米，OM4可以支持40G/100G最远距离150米。

  除了信道损耗之外，IEEE 802.3ba标准还定义了40G/100G光纤链路损耗中关键的总的连接器损耗极限值。对OM3光纤信道，总的连接器损耗最大1.5dB;

  对OM4光纤信道，总的连接器损耗最大1dB。

  数据中心内绝大多数的机柜至机柜间的40G/100G信道长度都在100米范围之内，而在100米之内OM3和OM4光纤系统性能可以视为一致，因此1.9dB的信道损耗极限和1.5dB的连接器损耗极限就是我们设计40G/100G光纤主干损耗的重要依据。从标准给出的损耗数据我们也可以看出，在高速的数据中心光纤信道里端到端的布线连接损耗，关键部件已不再是光纤本身而是连接器的部分。

  常见的40G/100G数据中心主干连接是MPO-MPO干线光缆两端各连接一个MPO转换盒或者耦合器，也就是2连接的MPO信道; 但随着数据中心规模的不断扩大，一些大型的数据中心中出现了40G/100G光纤主干的4连接配置，如下图所示，而这时链路中的每个12芯/24芯MPO连接器的损耗就尤为关键，经优化和较低连接损耗的MPO光纤连接器就成为了大型和高端数据中心的首选。