每个人在上网时都希望有更快的网速连接进行数据传输，而这种需求也在推动着数据中心以太网网速的快速变化。超大规模数据中心正在密切部署100吉比特以太网(100GbE)，预计速度将在几年内达到200GbE或400GbE，同时正在进行对兆比特速度的进一步研究和开发。事实上，对于企业级数据中心来说，网速的提升还是比较缓慢的。直到最近，10GbE速度还没有成为企业的主流，但随着可用以太网速度的变化正在加速，很难相信10GbE速度将在企业数据中心持续5到10年。相反，网络速度将很快增加到25GbE和100GbE。更快的以太网结构不仅仅是插入更快的网络接口卡(NIC)——它们还涉及光纤使用方式和数据传输方式的变化。在本文中，我们描述了以太网网络技术的变化，研究了数据中心的核心需求，并探讨了在不中断正在进行的操作的情况下适应更高速度的迁移策略。数据中心以太网简介从历史上看，以太网速度的增长取决于10Mbps、100Mbps、1GbE、10GbE和100GbE。数据中心架构只是从1GbE过渡到10GbE，但现在，企业客户正在对其遗留架构进行更改以提高效率。网络架构从多层平铺变为spine-leaf/grid设计，为用户提供容错和低延迟的服务。提高设备之间的数据传输速度。为了实现更高的速度，数据中心架构师改变了信号的传输方式，从双工10GbE传输变为40GbE和100GbE的并行传输。并行传输使用更多的光纤，在10GbE组件之上，需要很多光纤来驱动100GbE。事实上，40GbE之所以受欢迎，是因为除了数据速率的提升之外，它在网络设备上提供了更高密度、更低成本的10G端口，占40GbEQSFP端口使用量的50%以上。企业可以使用20根光纤（10根并行10GbE光纤）生产100GbE，但与40GbE相比，这种布线方案使用四根并行10GbE电路，（八根光纤——四根用于传输，四根用于接收）变得更难管理。25GbE于2016年标准化，并且已经从10GbE过渡到25GbE作为基本以太网元素。用25GbE取代10GbE提供了一种使用四对光纤达到100GbE的方法，这更容易通过连接器和布线进行管理。基于25GbE的100GbE具有8根光纤（4根发送和4根接收）已经具有成本效益并被广泛使用。服务器连接速率正在提高到25Gbps；将100GbE分解为4x25GbE链路可实现更快的应用程序、降低成本并增加网络设备密度，而不是4x10GbE接口。50GbE即将到来。该技术允许您使用四个传输通道和四个接收通道实现200GbE。随着50GbE获得批准和标准化，200GbE可能会使用相同的光纤基础设施和类似的连接。编码技术的改变也可以提高效率和速度。从NRZ编码（NRZ：不归零码（NRZ，Non-ReturntoZero）开始，数字信号可以通过基带直接传输。所谓基带是指基本频段。基带传输就是直接传输线中数字信号的电脉冲。它是最简单的传输方式，短距离通信的局域网采用基带传输。）多模光纤到PAM4和PSM4的转换优于单模光纤可以提供更高的效率。这些发展比1GbE和10GbE的采用要快得多。随着每千兆位价格的下降，更快的速度和更低的延迟使这些变化更具吸引力。（备注：PAM（PulseAmplitudeModulation：脉冲幅度调制）信号是下一代数据中心高速信号互连的流行信号传输技术，可广泛应用于200G/400G接口的电或光信号传输。由于每个符号周期可以传输2比特的信息，所以要达到同样的信号传输能力，PAM4信号的符号率只需要达到NRZ信号的一半，因此传输通道带来的损耗大大降低.)布线和传输要求那么，这些不断增加的改进如何对应不同类型数据中心的需求呢？我们来看看以下三种场景：传统数据中心、多租户数据中心和超大规模数据中心。传统企业数据中心以10GbE为典型组件，上行40GbE或100GbE。许多中型企业正在考虑通过将服务器迁移到25GbE来提高100GbE效率的方法。有了25GbE通道，人们对100GbE的兴趣也在增长。此外，公司正在从OM4光纤发展到OM5（宽带多模）光纤，这允许他们在每根光纤中有四个通道，因此一对光纤中的带宽是其四倍。例如，使用OM5光纤，单个光纤对可以传输40GbE或100GbE，而无需8根光纤。OM5光纤能够实现更便宜的垂直腔面发射激光器（VCSEL是一种半导体激光二极管，它发射垂直于顶面的激光束，与传统的边发射半导体激光器（也包括面内激光器）相反，通过从晶圆上分离单个芯片形成的表面。VCSEL应用包括光纤通信、精密传感、计算机鼠标和激光打印机。）短波分复用(SWDM)。注意：短波分复用(SWDM)利用另一种方法将多个波长的数据速率加倍，将每根光纤的容量增加至少四倍。这使得特定固定数量的光纤（可能高达1600Gb/s）的数据速率至少增加四倍，或者至少减少四倍的光纤数量以实现特定的固定数据速率（每根光纤高达1600Gb/s）。通过优化宽带多模光纤(WBMMF)以支持850nm至950nm范围内的波长，以利用SWDM，确保更有效地支持未来有用距离内的应用，并确保与以前的产品完全兼容一代应用程序，使其成为支持当今和未来应用程序的理想通用介质。随着双工应用的发展，随着10Gbps的使用，应用对速度有了更高的要求。但是数据速率的提高与WDM相结合意味着双工光纤仍然需要更高的速度。此外，25、40、50、100GbE及以上的双工光纤对可以使用WDM双向(Bi-Di)或SWDM技术提供更高的效率。(备注：WavelengthDivisionMultiplexing(WDM)：波分复用是光纤通信中的一种传输技术，它利用一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特性，将范围分为几个波段,每个波段作为一个独立的通道来传输预定波长的光信号。）这种技术也被用于多租户数据中心（MTDC）。想要连接到单个客户端需要长的单模扩展链路。虽然多模连接成本较低，但多模无法支持这种场景的距离和速度要求。在这些情况下，MTDC将单模光纤运行到各个租户空间，并在框架中使用多模光纤。实际上，为数据中心中的客户端提供服务的基础设施设计在MTDC笼式环境中被复制。许多校园内的MTDC也在做同样的事情……过渡策略对于考虑新的“短距离”设计的组织，多模光纤仍然可以提供灵活性、能效和数代数据速率改进。现有和最近开发的收发器提供双工和并行选项以满足距离和资本预算。第一个建议是关注具有成本效益的双工设计。这使企业组织能够利用当今10GbE和25GbE的双工应用程序，在主干或核心中需要的地方进行并行操作。双工连接占用的空间与MPO连接相同。仅当网络保持并行时，围绕纯并行性进行设计才有效。从平行返回到双面可以使必要的机柜空间增加四倍。从双工设计开始，用户可以从双工系统转移到并行系统，然后再回到双工系统，而无需重新使用光纤端口来提高数据速率。例如，使用10Gbps作为基准，四个光纤对将提供40GbE上行链路(4x10Gbps)。同样的光纤布线可以提供100Gbps的通道速率，增加到25GbE。随着网络的发展，组织可以利用SWDM等技术，并可以通过单根光纤提供相同的40GbE或100GbE，同时保留对原始光纤的使用。随着最近OM5宽带多模光纤的标准化，短距离多模基础设施的价值大大增加。OM5可以支持与OM3和OM4相同的传统短波应用，并且在某些情况下，它可以扩展布线架构支持的距离和设计的灵活性。除此之外，它能提供的最大价值是支持额外的更高频率波长，从而允许实施更高效的技术，例如SWDM。这种方法可以提供相当于光纤对四倍的带宽。当数据中心加速到更高的速度时，如果运营商使用与初始10/100GBE部署相同的并行设计，那么光纤可能会失去控制。通过采用单模光纤和OM5多模光纤的双工设计，数据中心运营商可以轻松升级到更高速度的以太网标准，同时有效地利用空间和布线。
