由于互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的流量已經(jīng)占據(jù)全球通信網(wǎng)絡(luò)流量絕大部分。作為高速信息傳輸?shù)闹饕d體，如今光通信技術(shù)已經(jīng)在數(shù)據(jù)中心中得到了廣泛應(yīng)用，從距離幾米服務(wù)器間的光互連到連接世界各地數(shù)據(jù)中心的光網(wǎng)絡(luò)。本文概要介紹了數(shù)據(jù)中心的光通信技術(shù)，包括數(shù)據(jù)中心之間互連的廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)技術(shù)和數(shù)據(jù)中心內(nèi)部服務(wù)器及交換機之間光互連技術(shù)，并對各個領(lǐng)域內(nèi)一些不同的技術(shù)方案做了簡要的討論和比較。
1、引言
互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)進入了人們生活的各個方面，正在對人類社會產(chǎn)生深遠的影響。從電子商務(wù)、社交網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)游戲，到網(wǎng)絡(luò)視頻、云計算、虛擬現(xiàn)實等，互聯(lián)網(wǎng)上各種新的應(yīng)用層出不窮，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量和對通信容量和計算能力的需求一直在以指數(shù)級快速增長。
基本上所有的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和應(yīng)用的處理與計算都是在數(shù)據(jù)中心進行的。在數(shù)據(jù)中心，成千上萬臺服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，像一臺巨大的超級計算機一樣協(xié)同一致地工作。根據(jù)《Cisco全球云計算指數(shù)白皮書》，到2019年，全球通信網(wǎng)絡(luò)流量的99%是和數(shù)據(jù)中心相關(guān)的，其中數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)流量占到全部流量的70%以上，如圖1所示。
圖1 Cisco發(fā)布的2019年全球通信網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測
高餛博士1966年指出光纖的損耗可以降到20 dB/km以下，1970年美國康寧公司第一次拉出損耗為17 dB/km的光纖，光纖通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今已有50年。
1977年第一個商用光纖通信系統(tǒng)由AT&T在美國芝加哥投入使用，容量為45 Mbit/s，今天單模光纖的容量已達到100 Tbit/s，技術(shù)的發(fā)展使光纖通信系統(tǒng)的容量在過去30多年里提高了6個數(shù)量級。
從距離幾米服務(wù)器交換機之間的連接、到連接千家萬戶的接入網(wǎng)、再到跨越1萬多公里的海底光纜，今天的光纖通信已經(jīng)覆蓋了信息傳輸從短距到長距的各個方面，成為了今天信息社會和大數(shù)據(jù)時代的重要基礎(chǔ)設(shè)施。
近年來，由于互聯(lián)網(wǎng)和云計算的發(fā)展，光纖通信的應(yīng)用主體已經(jīng)從電信運營商的中心機房轉(zhuǎn)向了數(shù)據(jù)中心。在美國，2008年互聯(lián)網(wǎng)公司數(shù)據(jù)中心對光纖通信的需求超過了電信運營商，今天數(shù)據(jù)中心或許已經(jīng)成為光纖通信的最大市場。
本文描述了數(shù)據(jù)中心中使用和需要的光通信技術(shù)，包括連接數(shù)據(jù)中心間的廣域網(wǎng)和城域網(wǎng)技術(shù)以及數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的光互連技術(shù)。首先對數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)作了簡單的概述，使讀者對光纖通信在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用有個總體的了解;而后對數(shù)據(jù)中心廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)及數(shù)據(jù)中心內(nèi)網(wǎng)中使用的光通信技術(shù)作了詳細的闡述;最后進行了簡要的總結(jié)。
2、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
圖2給出了典型的大型互聯(lián)網(wǎng)公司數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心內(nèi)網(wǎng)。分布在不同地區(qū)的數(shù)據(jù)中心通過廣域網(wǎng)相互連接，根據(jù)架構(gòu)的不同，每個或部分數(shù)據(jù)中心通過外部通道和公共互聯(lián)網(wǎng)相連，用戶通過公共互聯(lián)網(wǎng)和外部通道進入數(shù)據(jù)中心。為改善用戶體驗、降低訪問時延，一般會在靠近用戶或用戶集中的地方設(shè)立POP點，POP點通過專線直接連接到數(shù)據(jù)中心。這樣可以減少用戶訪問數(shù)據(jù)在公共互聯(lián)網(wǎng)中的滯留時間。
圖2 典型的大型互聯(lián)網(wǎng)公司數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
一般每個地區(qū)的數(shù)據(jù)中心有幾個不同的數(shù)據(jù)中心組成，主要為了容災(zāi)和備份的需求，也有的是為了將位于同一個地區(qū)內(nèi)幾個數(shù)據(jù)中心組成一個超級虛擬數(shù)據(jù)中心，這樣每個數(shù)據(jù)中心可以相對較小，設(shè)計和建設(shè)相對容易。同一地區(qū)的數(shù)據(jù)中心通過城域網(wǎng)連接起來。因為時延的要求，城域網(wǎng)中不同數(shù)據(jù)中心的距離不容許超過80公里。
每個數(shù)據(jù)中心內(nèi)部有成千上萬臺服務(wù)器，這些服務(wù)器通過數(shù)據(jù)中心內(nèi)網(wǎng)相互連接。數(shù)據(jù)中心內(nèi)網(wǎng)有幾個重要的參數(shù)：可連接的服務(wù)器的數(shù)量(可擴張性)、對分帶寬和時延?？蓴U展性指在增加服務(wù)器數(shù)量時不需要改變網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。最理想的情況是在一個大型數(shù)據(jù)中心內(nèi)的任何兩個服務(wù)器之間都能以很小的時延和服務(wù)器的全部帶寬進行通信，但在實際的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中必須考慮成本，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計和技術(shù)選擇必須在成本和性能之間進行平衡。今天的數(shù)據(jù)中心內(nèi)網(wǎng)大多采用多層結(jié)構(gòu)，但隨著技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有走向扁平化的趨勢。