400G网络布线链路设计原则

  除了IEEE已经完成及正在进行的400G标准，如果加上MSA的400G应用，实际上可以参考的400GE应用不下10种。400GE网络采用了更复杂的编码方式，使布线链路的损耗预算相对10G/40G传输速率有所缩减。此外，网络复杂性引入了更多的连接点，光纤传输链路中的每个连接都会引入信号的损耗。这是一个需要采用端到端通道方法的设计难题。为满足链路性能要求，应选择具有更低插入损耗、更好回波损耗的组件。低损耗布线系统解决方案可支持更长的链路长度，同时还支持实现有保障的运营可用性所需的物理层设计。

  在ISO/IEC 11801-5标准中，针对数据中心布线允许使用OM3、OM4、OM5多模及OS1a、OS2单模光缆。在TIA-942-B标准中，允许使用OM3、OM4、OM5多模及单模光缆，针对400GE应用的多模光缆推荐使用OM4和OM5。

  400GE网络布线的设计原则

  1)敏捷且灵活：布线应保证迅速敏捷的网络部署，适应各种网络架构，从设计上考虑现有网络传输速率向400GE升级时的无缝连接，保证布线的可升级性;

  2)高密度、低损耗：在提升机架单元内布线器件的密度提供高密度状态下跳线插拔和维护、替换的可操作性，同时以低损耗的器件确保更高通道速度所需的信号性能;

  3)可扩展：布线应支持容量规划和部署，方便网络扩容，以降低部署及未来升级成本，并可应对网络发展及升级的复杂性。

  建立400G的布线系统，需要在规划初期充分考虑未来发展，下方列出了400GE布线规划及设计中必须要衡量的几个因素：

  1)单通道速率布线设计必须考虑网络传输协议的单通道速率。自从IEEE 802.3by 获批以来，光模块已开始向25Gbps通道速率演进。25G 通道可让数据中心已有的10G 基础设施发挥最大价值。更重要的是，25Gbps 通道更容易向50GE(2x25G) 和100G(4x25G)通道迁移。

  2)宜采用预端接线缆系统采用预端接线缆系统可实现数据中心快速交付。与现场端接的布线系统相比，预端接线缆系统的端接在工厂预制完成，到达现场后经简单敷设后即可实现即插即用，帮助节省90% 的施工时间。根据估算，预端接线缆系统在处理布线链路或跳线的移动、增加、变更等方面，比现场端接解决方案的速度快50%。随着网络中采用的光缆连接数量增加，其价值也相应增长。无论是单模还是多模连接系统，预端接线缆解决方案中的MPO/MTP 光缆连接方案都已成为数据中心普遍选择的方案。

  3)网络传输接口形式是双工还是并行光纤由于数据速率已随应用需求增长而提高，一些40GE速率以上的方案已向采用并行光纤，400GE的多模解决方案目前全部基于并行光纤方案，一些400GE单模解决方案也开始采用并行光纤方案，在设计和规划时应首先预测适合数据中心400GE应用的方案，在规划网络布线时，应考虑采用并行光纤方案，通过转接模块可实现对双工方案的向下兼容。

  4)光纤类型：单模、多模、宽带多模可插拔光模块的高成本仍然限制着单模光纤在数据中心的广泛应用。虽然新技术和制造效率都能帮助降低单模光模块的成本，但降价幅度仍不足以弥补基于单模的光链路的高成本。数据中心内应用单模方案趋势增加的的两大区域为：从接入设备直连主配线区的链路以及超大型数据中心中位于不同楼层的模块之间的互联。多模光纤继续为数据中心提供更具吸引力的性能、密度和成本平衡。多模光纤在400GE传输时面临传输距离较短的限制，但依然适用于模块内互联以及100m以内的Spine/Leaf互联。新型的宽带多模光纤能支持短波复用应用更长的传输距离，将多模连接距离提升到150m，基本覆盖数据中心大部分互联链路的传输距离，可降低用户规划的复杂度。

  5)调制方案400GE传输大量采用PAM-4调制方案。与NRZ(二进制调制)相比，PAM-4 支持两倍固定带宽传输容量。它的简便性和低功耗特性仍使其成为最具前景的400G调制技术之一。然而，PAM-4方案需要更高的信噪比(SNR)，对布线链路的传输性能提出更高的要求。

  6)波分复用技术除了通过开发更先进的调制方案来提升通道速度以外，也可通过增加单根光纤的通道或波长数量的方案来实现400GE传输技术。20 多年以来，人们一直使用WDM，通过减少光纤数量来提升远程网络的数据速率。

  7)MPO/MTP系统的Pin针及极性MPO/MTP应用中，所有MPO/MTP连接器之间需要正确处理带针MPO/MTP和不带针MPO/MTP之间的耦合连接。选择统一的MPO极性管理方法。

  8)智能系统自动化基础设施管理(AIM) 系统可以通过为物理层和所有连接设备提供精准映射，大大促进迁移进程。针对AIM的ISO/IEC 18598 标准已于2017 年获得批准。AIM 系统会自动监测和记录所有在用的端口和光纤链路，帮助用户在扩容和网络升级时了解光纤链路的利用率和可操作性。反之，AIM系统可以帮助用户在规划时确认空闲的光纤线缆和交换机端口，并将空闲资源用于并行-双工迁移。

  典型400G光纤链路的示意图：

  信道的损耗要求：

  在进行400GE布线链路设计时，需要考量400GE应用的传输距离和链路损耗等要求，传输距离和链路损耗要符合如下技术要求。表：源于ISO/IEC TR 11801-9908草案，各MSA及IEEE系列标准要求