以光速傳輸

比特和字節(jié)信息在光纖線路傳輸時(shí)以光脈沖方式沿著電纜移動(dòng)。在數(shù)據(jù)中心，該數(shù)據(jù)進(jìn)入連接到內(nèi)部路由器的機(jī)架，路由器又將信息指向服務(wù)器。根據(jù)電纜模式不同（單模或多模光纖（MMF）），IEEE802.3ba標(biāo)準(zhǔn)允許多個(gè)10-Gbit / s信道以并行或通過波分復(fù)用（WDM）方式運(yùn)行。多個(gè)10-Gbit / s信道通過堆疊可以取得4倍（40Gbps）或10倍（100 Gbps ）的更快速度。大多數(shù)情況下，使用MMF電纜來提供40 到100Gbps連接 所需的額外纖維束。

工程師們可以在貿(mào)澤網(wǎng)站找到光纖收發(fā)器、發(fā)射器、接收器等器件，供應(yīng)商則包括Avago, Emerson Connectivity, Omron, Sharp, Toshiba和 TT Electronics.等。

因直徑較大，MMF電纜允許多個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)沿其管線傳輸。單模光纖（SMF）僅設(shè)計(jì)為攜帶光信號(hào)直接沿著光纖孔徑傳播，而且比MMF電纜窄很多。 相對(duì)于多模光纖，SMF在保持每個(gè)光脈沖的保真度方面表現(xiàn)更好，傳輸距離也更遠(yuǎn)，因?yàn)椴粫?huì)發(fā)生模間色散，因此數(shù)據(jù)傳輸放慢的機(jī)會(huì)也會(huì)少許多。

圖2：一個(gè)典型的單模光纖的結(jié)構(gòu)：1.纖心直徑8微米; 2.包層直徑125微米; 3.緩沖區(qū)直徑250微米; 4.倒包層直徑400微米。 （圖片來源：維基百科）

WDM將多個(gè)波長(zhǎng)分離到多個(gè)獨(dú)立光纖以進(jìn)行單模傳輸。在這種方式下，單個(gè)電纜可以通過使用激光的不同波長(zhǎng)（即顏色）來傳輸不同信息段，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偭恳驳靡蕴嵘ｋ娎|的兩端分別放置復(fù)用器和去復(fù)用器，以組合或者分離混合光信號(hào)。

一些供應(yīng)商，比如菲尼克斯電氣為工程師提供以太網(wǎng)媒體轉(zhuǎn)換器模組，支持多標(biāo)準(zhǔn)下的全雙工傳輸，包括10/ 100BASE-TX（絕大多數(shù)目前已面市以太網(wǎng)硬件支持的快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)）到帶有WDM技術(shù)的單玻璃纖維。例如，編號(hào)為2902659的制造商部件提供全雙工通信，而且只使用一條光纖，傳輸距離長(zhǎng)達(dá)38公里。

傳輸距離

數(shù)據(jù)中心的空間規(guī)模還在不斷擴(kuò)大，可能占據(jù)數(shù)百萬(wàn)平方英尺，需要更長(zhǎng)的物理連接距離。典型集群的數(shù)據(jù)中心地板上可能豎立著多個(gè)機(jī)架，幾公里長(zhǎng)的光纖電纜如同高速路系統(tǒng)般將這些機(jī)架互連起來。采用100Gbp s以太網(wǎng)連接的主要障礙不僅是成本問題，也是因?yàn)槿狈﹂_關(guān)密度。現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心交換機(jī)之間的距離往往大于100米;在許多情況下，可能達(dá)到500米，甚至部分情況下，可達(dá)1公里甚至更遠(yuǎn)。。

這為供應(yīng)商帶來了巨大商機(jī)，他們勢(shì)圖開發(fā)出高速、低功耗，可以橫跨數(shù)據(jù)中心很長(zhǎng)一段距離的光纖鏈路，同時(shí)數(shù)據(jù)操作速率可以高達(dá)100Gbps。最近涌現(xiàn)數(shù)個(gè)協(xié)會(huì)以滿足數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商的需求，提供一種經(jīng)濟(jì)、低功耗的100GbE光纖接口，希望傳輸距離超過100米，這種標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)納入IEEE 100GBASE-SR4規(guī)范，針對(duì)100米范圍的傳輸，而100GBASE-LR4規(guī)范則聚焦長(zhǎng)達(dá)10公里的鏈接。

英特爾和Arista （連同易趣，Altera公司，戴爾，惠普等）在今年早些時(shí)候成立了一個(gè)開放的產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)和規(guī)范，旨在解決將數(shù)據(jù)中心的傳輸距離提升到2千米遠(yuǎn)，通過4信道25Gbps的光通道組成的雙工、多模光纖來達(dá)到100Gbps的傳輸速率。CLR4 100G聯(lián)盟正在設(shè)計(jì)一種經(jīng)濟(jì)、低功耗的四通道小型可插拔（簡(jiǎn)稱QFSP或QFSP+）收發(fā)器接口。目前的光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)支持10個(gè)10 Gbps通道的組合，但是這種做法會(huì)導(dǎo)致光纜更厚也更貴。CLR4 100G聯(lián)盟表示，其標(biāo)準(zhǔn)可以將光纖芯數(shù)降低75％。

貿(mào)澤提供QFSP收發(fā)器，產(chǎn)品來自安華高科技、Finisar公司，3M和TE連接。緊湊QFSP+封裝可實(shí)現(xiàn)低功耗以及高密度。例如，F(xiàn)inisar的FTL410QD2C QSFP +收發(fā)模塊設(shè)計(jì)用于40Gbps的鏈路，通過四路10Gbps進(jìn)行并行多模光纖傳輸。

圖3：Finisar的FTL410QD2C QSFP+收發(fā)器模塊。 （來源：Finisar公司）

CWDM4 MSA（粗粒度波分復(fù)用4X25G多源協(xié)議）是另一家試圖將100GbE傳輸范圍延展至500米至2公里的行業(yè)組織。CWDM4 MSA的四名成員（安華高科技，F(xiàn)inisar公司，JDSU，Oclaro公司）說，他們將提供通過4X25G方式的雙工單模光纖（SMF）來提供2公里范圍內(nèi)的100G互通式接口。

六大技術(shù)供應(yīng)商也創(chuàng)建了并行單模4信道（PSM4）MSA集團(tuán)，在數(shù)據(jù)中心采用四條光纖來并行地達(dá)到100 Gbps傳輸率。據(jù)這些公司（安華高科技，博科，JDSU，Luxtera公司，Oclaro公司和泛達(dá)）所述，市場(chǎng)需要PSM4光收發(fā)器，它可以填補(bǔ)500米傳輸范圍內(nèi)的低價(jià)100Gbps的連接需求。

展望未來

服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)流量的快速增長(zhǎng)正推動(dòng)著越來越高的數(shù)據(jù)速率、更高的密度以及更低成本光纖需求的以太網(wǎng)解決方案。為了支持不斷演化的體系結(jié)構(gòu)，IEEE正在制定新的物理層要求。這些項(xiàng)目旨在合理補(bǔ)充和適當(dāng)?shù)男薷腎EEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，以增加100Gbps的物理層（PHY）規(guī)范和管理參數(shù)，采用四信道電氣接口，在多模和單模纖光纜上進(jìn)行操作，并為40?100-Gbps的光纖光纜操作指定可選的節(jié)能以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（EEE）。此外，為達(dá)到超過10公里范圍的單模光纜操作，將會(huì)加入40Gbps的物理層（PHY）規(guī)范和管理參數(shù)。P802.3bm標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)將于2015年第一季度起草完成。

目前正在開發(fā)針對(duì)下一代以太網(wǎng)速率的400Gbps標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)期會(huì)在2016年之后進(jìn)入市場(chǎng)，IEEE802.3 400 GE研究小組，成立于2013年3月，正在建立使用OM3或OM4光纖及每信道25Gbps組成的400GE初始目標(biāo)，類似于擬議的P802.3bm標(biāo)準(zhǔn)。400GE新標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)于2017年完成。

數(shù)據(jù)數(shù)量正在以前所未有的速度生成著。市場(chǎng)研究公司IDC預(yù)測(cè)，數(shù)據(jù)流量每18個(gè)月將翻一番。Twitter每天推200多萬(wàn)條信息; Facebook每天收集超過15 TB數(shù)據(jù)。并且物聯(lián)網(wǎng)——來自于傳感器、設(shè)備、RFID等機(jī)器生成數(shù)據(jù)——將很容易超出這些數(shù)字。但這不光牽涉到規(guī)模，還事關(guān)速度。隨著越來越多的實(shí)體加入社交媒體和接入因特網(wǎng)，實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)響應(yīng)變得至關(guān)重要。這些聯(lián)網(wǎng)行為對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和云計(jì)算的需求在提升，從而需要建立大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心。但是，如果沒有寬管道和高速度，應(yīng)對(duì)大數(shù)據(jù)而出現(xiàn)的數(shù)據(jù)中心將被數(shù)據(jù)洪流淹沒。