用更快、更环保、更稳定可靠的数据中心支持云计算

介绍

在人们沟通和互相保持联系的方式上，我们的世界正在快速的发展。我们正在不断体验着通信中的新进展，无论是智能手机，平板电脑，网络游戏，社交网络或电子服务，例如电子货币或电子教育。众所周知，为了支持上述的这些应用的数据流量，骨干网，城域网和接入网需要提供更高的容量；但是在所有这些数据的来源和存储点又需要发生什么变化呢？

局域网和数据中心都正处于兴建和营运方式的个人革命之中。但更确切地说，正是数据中心本身，因为其甚高的数据吞吐量，更是处于这些变化的最前沿，因此值得更详细的调查。

Datacenter Dynamics的市场研究：迎接挑战

随着越来越多的企业和个人选择了云计算，数据中心将承担越来越大的压力，即数据中心必须提高容量、提供更高的数据传输速率，同时也达必须到节能的预期。这种压力意味着虚拟化、下一代网络速度和绿色数据中心已经成为全球数据中心建设的主要趋势。在努力应对这些趋势的过程中，数据中心经理们都注定要遇到某些特定的挑战。

DatacenterDynamics（与康宁合作）最近对160个数据中心进行了调查，这些数据中心分布在英国，德国，荷兰，法国，中东和美国等6个关键市场，包括在这些地区排名前100位的数据中心的业主和运营商。这次调查的结果证实，网络中断时间、能源和制冷成本、空间利用率和所安装的布线系统对下一代网络的支持能力是企业管理者最关注的问题，因此这些问题在布线技术创新发展的背景下需要被慎重考虑。

下一代网络：光纤实现更高的数据传输速率

从以太网联盟的数据（图1）显示，整个网络的数据吞吐量每年显著增长，10Gb / s系统现在已是司空见惯，40Gb / s系统的使用也正在增加。数据中心迁移到更高的数据传输速率的能力是必不可少的，但这样做需要认真考虑的布线技术的选择。目前可用的平台是基于铜线电缆和多模光缆。

数据来源：以太网联盟

图1：以太网联盟的速率增长预测

铜线和光纤平台都已经发展了一段时间，但明显的是，OM3和OM4激光优化多模光纤的带宽性能远远超过从Cat 3到Cat 7所有类别铜缆的电气带宽性能（图2）。在一个给定的数据速率时，多模光纤更大的带宽容量将转换成更长的系统传输距离；或反过来，在一个给定的传输距离下，系统可以达到更高的数据传输速率。因此，光纤应当是能够更好满足下一代连接和速度的选择。

图2. 光纤系统允许更高的速率和系统传输距离

绿色数据中心

减少数据中心的能源消耗是一个多方面的挑战。降低整体能源消费要求有源器件减少电能消耗，同时也减少有源器件散热所需的能量。这一挑战可以通过一个明智的选择技术来解决，即采用高密度的光纤布线系统。小外径的多芯光缆，配合创新的多光纤连接器（如MTP连接器），可以实现非常高的机架端口密度。并且10G光纤布线系统能够提供大于五类或六铜电缆20倍的数据密度，意味着光纤网络可以实现高度优化的布线槽空间和占用较少的机架、机柜和托盘的空间，从而降低数据中心的碳排放量。

由于铜缆系统的高插入损耗和对数字信号处理的严重依赖，光纤网络从根本上就比铜缆网络具有更高的能源效率。

相比同等容量的铜缆系统，光纤网络的收发器的功耗较低且所需的交换机数量较少，因此使用光纤布线解决方案时，能源节省55％至70％（见图3）。

因此，如果说在更高的数据传输速率时节省空间和能源的消耗是一个挑战，光纤布线是最佳的解决方案。

图3. 基于铜缆和光纤的系统的能耗对比

云计算对系统的正常运行时间和可用性的影响

数据中心必须通过提高服务器虚拟化水平来响应云计算所驱动的容量需求。 虚拟化将多个服务器整合到一个物理处理器中，多个应用在其中并行运行，使服务器的利用率提升高达90%。作为虚拟化的结果，在一个网络内的冗余备份水平降低了。因此，如果不仔细的管理，它将降低系统的可靠性，并增加网络中断的风险。Datacenter Dynamics和康宁合作的数据中心调查显示，在一些认为运行时间和可用性非常最重要、对网络中断风险更为敏感的部门（金融，IT和电信部门），对可能导致网络冗余备份水平降低的虚拟化方案兴趣不大。因此，网络中断时间是建设世界先进的新型数据中心和云计算的关键挑战。

调查时，43％的数据中心经理报告曾在过去十二个月内计划进行某种形式的计划停机。但他们也报告了相当多的付出昂贵代价的计划外的停机事件（数据溢出或发生异常）。根据我们的数据中心研究，网络中断成本为平均每小时14,000美元。经理们发现布线系统的选择和管理是影响数据中心中断时间的重要因素。根据他们的回答（见图4），在此次调查中作为调查对象的数据中心在一年的运行中，全部或部分原因是布线系统故障造成的计划外网络中断所造成的损失大约是750,000美元（如果按照人口比例计算，全球数据中心每年的计划外网络中断造成的损失为4亿美元，占全部网络中断造成损失的8％到9%） 。

图4. 部分或全部由布线系统故障引起的计划外网络中断所造成的经济损失估算

数据来源：Datacenter Dynamics市场调研

因此，如果说从实现绿色数据中心和下一代网络角度来看，光纤是首选技术。那么有没有最近的布线创新，可以真正最大限度地减少网络中断时间并实现正常运行时间和和可用性最大化？要回答这个问题，我们需要探讨的数据中心熵的概念。

熵对数据中心的影响

数据中心的熵定义为布线的复杂性的逐渐增加。随着时间的推移，由于数据中心的布线连接不可避免地会发生移动，增加和改变。作为熵的结果，数据中心管道变得拥挤不堪，导致线缆急弯或连接器拉扯，如图5。如果传统的多模光纤电缆暴露在熵中，将会产生显著的信号丢失。虽然大多数系统都会有功率预算冗余，并在运行中控制某些特定参数，以防止信号故障，但是弯曲的光纤将会导致系统中的损失超过功率预算冗余度，在接收端信号太弱而造成和系统故障信号。

图5. 数据中心的熵导致的线缆急弯或连接器拉扯

我们的数据中心市场研究中所调查的IT经理们中有压倒性的94％的人们证实，布线系统的熵随着时间的推移，增加了网络中断的风险。此外，其中74％还表示他们相信随着时间的推移，网络中断的管理变得更加复杂。我们的研究证实，随着数据中心达到生命周期中的成熟期时，网络中断事故也变得更为常见，因为此时数据中心布线系统的熵已经开始了它的影响。

图6. 数据中心布线和布线管理的影响

数据来源：Datacenter Dynamics和康宁2011年市场调查

用抗弯曲光纤击败熵

当传统的多模光纤（MMF）被拉紧弯曲，光线将会在转弯点从纤芯泄露出去。这就是所谓的宏弯损耗。最近的多模光纤的创新设计促进了弯曲不敏感光纤（如康宁的ClearCurve®多模光纤）的发展，这种光纤实际上是在纤芯外围有一层屏障，以减少宏弯损耗。其结果可以使光纤在弯曲点的损耗减少10倍（见图7）。如果一个系统采用弯曲不敏感多模光纤运作，弯曲损耗相对传统多模光纤可以成十倍的降低，从而保护系统冗余或功率预算余量并确保该体系持续运作，避免计划外网络中断。

图7. 弯曲不敏感OM3光纤和传统标准OM3光纤的宏弯性能比较

弯曲不敏感光纤也从本质上满足下一代网络和绿色数据中心的需求，即消除几乎所有的弯曲损耗使系统有更多的冗余度来支持更高传输速率（图8）。此外，对线缆弯曲更高的冗余度也意味着更细更灵活的线缆和更小的部件。这可以增加机架内的布线密度，增加制冷气流，最终减少数据中心的碳排放量。

*假定：

1.5dB连接器损耗，20x1/4圈弯曲@7.5mm

20x1/4圈弯曲是典型的数据中心链路

"冗余量"即除去链路损耗和器件插入损耗之后所剩余的功率多余量

图8. 光纤通道技术迁移过程对应的冗余度分析

伴随着新技术的始终是向后兼容性和互操作性的问题。康宁的ClearCurve®多模光纤与传统的光纤是完全向后兼容的。因此，它解决了所有关注的关键共性问题：带宽、标准和连接。这种光纤自推出以来，全球销售已超过一百万公里。尽管这种光纤经常由于它的优良本质特性，被部署在最苛刻的数据中心应用中，但从现场反馈来看，它没有任何功能性问题。

弯曲不敏感光纤技术：是必需品，而不是奢侈品

正如我们已经指出，我们是在通信革命中，这意味着企业数据中心网络必须努力跟上不断增加的容量需求的步伐。不仅是数据中心的需要有高数据速率支持下一代解决方案，他们也面临着最大化正常运行时间和可用性、成为绿色数据中心等额外挑战。

在基础设施层面，铜缆和光纤布线是两种主要的技术选择，研究已表明，光纤可以更好的提供下一代解决方案所需的更高的数据速率，并减少设备能耗、制冷能耗和碳排放量，是绿色数据中心的更好选择。

此外，从Datacenter Dynamics的调查结果表明，数据中心的熵（即随着时间的推移增加的布线复杂性）所导致的布线问题是计划外网络中断的主要原因。创新的弯曲不敏感多模光纤减少了布线系统熵的影响，并保护网络正常运行。除了增加系统余量，弯曲不敏感光纤（例如康宁的ClearCurve®多模光纤）也为数据中心带来更多的好处，例如支持下一代网络速率的可升级性和减少数据中心的碳排放量。

因此，如果为了维持您的网络的超级连接或者云计算时对您来说系统正常运行时间、绿色环保和网络的未来很重要，那么我们的结论是：弯曲不敏感光纤布线是不是一种奢侈品，而是必需品。

作者：美国康宁公司