数据中心高密度布线系统的应用

文｜莫仕商贸（上海）有限公司 周 炜

高密度布线系统是近两年来新出现的一种布线解决方案，主要应用于布线密度较高以及对于空间比较敏感的数据中心领域。目前国内的数据中心建设也从起步阶段步入了大规模的建设阶段。金融机构、IT类企业都在全国范围内建设自己的数据中心，各地也纷纷推出了数据中心服务。高密度布线系统因为其密度高，能够减少对机柜空间占用的特点，得到了广泛的应用，特别是在IT 企业的数据中心中。随着智能终端的大规模应用（比如Iphone），产生了大量的数据需要存储，大量的应用需要有后台支撑，同时也有很大的数据流量需要有通道和平台来支持。数据中心作为IT企业的业务支撑核心，在搜索引擎、电子商务、网络视频等应用中扮演了重要的角色。而且随着用户群的飞速扩张，必须提高数据中心的计算和存储能力来应对用户的需求。但是建设一个新的数据中心至少需要1～2年的建设周期，所以如何能够更好的利用现有数据中心的空间就非常重要。高密度布线对于这样的应用特点就非常适合。

高密度布线系统分为光缆和铜缆两个方面。根据传统架构的TIA 942标准，把数据中心分为 EDA、ZDA、HDA、IDA、MDA等多个层次。从EDA-HDA的水平布线多采用铜缆布线，HDA-IDA-MDA的骨干布线多采用光纤布线。

高密度铜缆布线主要考虑的是从列头柜到设备柜之间的水平布线系统。目前主流的多采用Cat.6或Cat.6A类网线，在高密度的布线方案中单个机柜至少配置48根网线（1台服务器至少3个端口，1主1备1KVM，可能根据应用的不同端口数量会有变化）。单个列头柜管理10～12个机柜，这样在桥架中就会有500根左右的网线，这样对于桥架的要求就很高。

从表1中可以看出，即使是采用Cat.6等级的布线在高密度布线方案下，在不允许线捆堆叠的情况下，在列头柜端的桥架上会产生500mm左右的布线宽度，同时每米承受20kg的线缆重量。如果采用Cat.6A等级可能会有700mm的宽度加上近40kg/m的网线重量，这对于桥架的压力是比较大的，同时也占用了相当多的上部空间。如果采用下走线，对机柜下的冷气流的设计会造成很大影响。即使是采用目前流行的上走线方式，也会影响机房内的气流以及占用空间，给照明、消防等其他子系统造成设计上的麻烦。所以，如果机房采用高密度设计，水平布线的铜缆可以考虑采用预连接的布线方式。

表1

预连接铜缆采用专用多对连接器，在1根线缆内集成24对线，线缆的直径只有12mm左右，大大节省了布线的空间，也节省了安装的时间。采用即插即用的方式，1HU高度内的配线可以支持48个RJ45端口。目前该方案可以支持常规的千兆以太网应用，在将来可以通过升级模块的方式实现对10GBase-T万兆以太网络的支持。同时根据应用方案的不同，可以选择在水平线缆两端都采用高密度Ipass 接口或在HDA内采用RJ45接口的扇出跳线，在EDA内采用Ipass接口配合模块盒，实现管理与密度的融合。

在某些小型的高密度数据中心（一般都在100个机以内），可以不设置HDA，所有的水平线缆直接连到MDA做配接。那么在MDA区域的配线容量是比较大的，会有上千根数量的铜缆需要配接，因为传统的机柜配合普通配线架，对于这样的配线管理并不方便，也过于占用空间。有相当部分的机柜内空间实际上是被水平理线器所占用。使得机柜内的空间利用率低，同时在管理机柜与机柜之间的跳线配接也相当麻烦。所以在这种情况下，可以采用针对应用而设计的机架与角型配线架的配合，不需要水平理线器，大大提高了机架空间的利用率。

铜缆布线采用高密度的好处是可以减少对空间的占用，提高机房内空间的使用效率，减少其他系统设计时的麻烦。光缆系统同样也需要提高密度，现在数据中心里已经大规模的采用了预连接光缆系统来提高光纤配线的密度。目前普遍的密度在1HU的空间里，采用了预连接系统，可以实现96芯（LC）的配线，4HU的机柜空间里可以实现576芯（LC）的配线，如果采用MTP等多芯连接器，密度可以更高。同时1根144芯的MTP-MTP预连接光缆，直径小于15mm，所以对布线空间的占用也非常小。

数据中心内的布线系统是为网络服务的。随着机柜内制冷、配电等系统的升级，单机柜内能支持服务器的数量在明显上升，刀片等服务器的推广也使得单机柜内的服务器计算节点数量有了很大的增长。服务器与计算节点的增加，直接导致了布线需求量的提升，当布线量提升到一定程度以后，如果仍然采用EDA-HDA水平连接的方式，会使布线数量与HDA的配线管理能力超过极限，这样使得空间的利用率大大降低。所以当服务器数量达到一定程度以后，ToR的网络布置方式以及类似于ToR的POD方式就具有相当大的优势，高密度的布线所需要的产品与布线方式也发生了一定的变化。ToR或POD都是在每个或每几个机柜内布置接入交换机，服务器通过跳线直接连接交换机，一般来说，跳线的距离不会很长，通常不会超过7m（跨1个机柜）。在这种情况下，水平线缆就被大量的跳线所替代。在千兆网络，通常的解决方案是交换机和服务器的NIC都采用RJ45端口，中间采用1根RJ45-RJ45的跳线连接，这样的方式经济也方便。

到了万兆以后，情况发生了一些变化。在数据中心内，常用的10GBase的网络有基于双绞线Base-T；基于OM3/OM4的Base-SR方式；也有基于Twinax的Base-CX4方式。服务器NIC与交换机的端口通常有RJ45与SFP+两种。选择哪一种连接方式更经济、更具效率，首先从价格层面上，同样以Intel X520系列网卡为例：计算上网卡，模块与跳线后，Base-SR、Base-SR、Base-T Base-CX4支持长度分别可以达到550m、100m、15m。根据以上的数据，在ToR/POD的应用下，采用10GBase-CX4标准的传输方式更具有成本上的优势。那么在布线方面，就需要采用带有SFP+端口的无源连接器件来配合10GBase-CX4标准的应用。

随着数据中心对绿色、环保的要求；虚拟化、云计算等新技术的应用与推广。数据中心的设备密度将越来越高，为网络设备服务的布线系统也需要根据新的应用进行调整，但总体而言，高密度布线也是大势所趋。特别是在虚拟化技术成熟以后，物理设备与实际的应用之间并不是完全的一一对应，这样对于布线配线的需求就大大降低，对于数据中心的布线系统，更多的是体现一种半永久性的连接，网络的切换多通过虚拟化软件平台与交换机实现，高密度带来的对于管理上的影响就显得不是很突出，因为布线系统是一个长期应用的平台，所以我们在建设新数据中心的时候就需要考虑将来的发展。高密度的配线系统也为我们将来的扩容和发展留下了一定的空间。