随着越来越对新技术的问世以及越来越多的标准出台，为数据中心提升带宽就变得变得越来越棘手。目前数据中心的带宽的发展介于突破与疯狂之间，带宽需求正在以每年25%到35%的速度飞速增长，预计这样的增长速度还会持续几年甚至更久。

    这种增长带来的影响会在带宽向更高速率转换时更为明显。根据Dell‘Oro最近的一项研究，以太网交换机设备收入在未来十年还将持续增长，预计25G和100G端口的销售额最大。40G端口的收入如预期的一样在今年已达到顶峰。40G端口广泛用于服务器连接，每个QSFP40G端口支持四个10G服务器连接。

    然而，随着服务器快速发展，新的设计将更容易消耗掉比10G上行链路更多的能力。因此，连接下一代服务器的带宽将能是25G而不是40G.随着2015年6月Mellanox宣布的世界上第一个25/100G以太网平台的出现，设备都在向25G上转换。此平台支持25G和40G的服务器。但似乎25G是更可能成为下一个服务器连接速度普遍选择。

    预计到2020年，带框容量会将翻倍，将达到50G至100G，从而为下一代结构交换机发展奠定基础。将串行通道速率从50G增加至100G是需要时间的，但不会像过去认为的那么长时间。数据中心在使50Gb/秒 串行链路和200Gb/秒 四秒链路成为标准这一方面已经领先一步，这些变化将持续到2020年。目前发展速度已经比预期提前许多，可能很快就会得到批准。

    增长因素

    导致带宽需求激增原因很多。目前服务器密度正在以每年大约20%的速度增长，处理器能力也在逐年增长，Intel近期发布一款22核的处理器；与此同时，虚拟化密度增加30%，这推动交换机上行链路速度增长。

    IP流量也在稳步增长，预计到2019年将以33%的复合年增长率（CAGR）增长四倍以上；由于消费者和企业云使用者的持续增长，这种增长将对全球带宽需求会产生巨大影响。

    影响数据中心带宽的其它因素：包括预计未来五年内数据中心内部流量将增加三倍，而物联网（IOT）的覆盖范围也将逐步扩大。

    预计到2020年，数据中心将连接500亿个物联网的设备，所有这些设备数据都将上传至数据中心，进行存储、分析、处理。这样的变化给数据中心带来显著的变化就是数据中心需配置更高密度的服务器，敷设更多光纤，并加速计划、实施将核心、聚合网络应用迁移到配置更高带宽上，以此才能应对物联网高速发展。

改变网络架构

数据中心流量变化不仅是速度和量的变化，还有方向的变化，数据流方向已从纵向转向横向。传统数据中心体系结构是三层拓扑结构。（如图1所示）

    接入层-客户端连接网络；汇聚层-交换机接入；核心层（core layer）：通常位于主分布区域（MDA ） ，核心层是交换机和路由汇聚并连接内外网络，连接各种交换机的聚合层。在大型和超大规模的数据中心中，聚合层（aggregation layer）通常位于中间分布区域（RDA ）。

    在小型数据中心中，通常位于水平分布区域（HDA ）或设备分布区域（ EDA ）。三层结构为可扩容的数据中心网络提供预测模型，但在支持低延迟、虚拟化应用方面表现却不尽如人意。

    数据中心网络传输模式是不断在改变的。大多数网络都是纵向（north-south）的传输模式，主机与网络中的其它非相同网段的主机通信都是通过设备-交换机-路由到达目的地。同时，在同一个网段中，主机通常连接到同一台交换机，可以直接相互通讯。

    随着技术的发展，这种技术的瓶颈也不断涌现，导致越来越多的网络工程师放弃这种结构的网络。那么有什么其他的网络可以代替这种三层结构呢？答案就是leaf-spine叶脊拓扑网络结构。

    叶脊拓扑网络结构（如图2所示）。叶脊结构是一个简化型网络，移动数据可以横向流动，通过增加一层平行于主干纵向网络结构的横向网络结构，在这层横向结构上增加相应的交换网络，这种生成树模式是三层网络结构无法做到的。

    这是类似于传统的三层设计，只是在脊层多个交换设备。在叶脊拓扑结构中，所有链接都是用来转发流量， 也使用通用的生成树协议，如多连接透明互联协议（TRILL）或者最短路径桥接（SPB）。TRILL和SPB协议转发所有的连接流量，但同样能保持保持一个无环路的网络拓扑结构，类似于路由网络。

    所有横向的主机在网络位置上是平行的。叶脊网络将扩大接入层、汇聚层。一个主机可以通过叶支交换机（leaf）和另一个叶支交换机上的主机进行通信，而且是独立的通道。这种网络可以大大提高网络的效率，特别是高性能计算集群或高频流量通信设备，

    叶脊网络里使用所有的互连链路，是传统的三层设计采用生成树一预防环路协议。如前所述，生成树检测回路，然后在回路的位置进行标记和隔离，以防止形成回路。这意味着，双路接入交换机只能使用两个上行链路其中的一个。而新的代替协议，如SPB和TRILL允许接入设备之间的所有链接都接入网络，使网络规模随着流量增长。

    叶脊网络拓扑结构提供解决横向网络连接的传输瓶颈，而且提供高度的扩展性，它几乎能适应所有大中小型数据中心。可以预见，所有企业IT建设都是走向收敛型和高层次的虚拟化型叶脊网络结构。

    叶脊拓扑网络结构不可能是完美的。其中一个缺点就是，交换机的增多使得网络规模变大。叶脊拓扑网络结构的数据中心需要按客户端的数量，相应比例的增加交换机和网络设备。随着主机的增加，需要大量的叶交换机（leaf）上行连接到脊交换机（spine）。

    在设计叶脊网络的时候特别要注意这个带宽的比例关系。

    叶脊网络对布线有明确的技术要求。叶脊层之间的电缆数量增加是数据中心IT人员不得不面临的挑战，甚至需要用光纤来连接。因为光模块有传输距离远，衰减小的特点，在大型的网络部署中有不可替代的优势。部署数据中心叶脊网络的时候必须考虑这些因素，如客户端数量，带宽需求的大小，距离的远近等等，以便选择是否需要光纤模块。

    不断发展的标准

    应用程序标准的组织，即IEEE802.3 （IEEE是国际性电子技术与信息科学工程师的协会）和ANSI/T11 （ANSI是美国国家标准局）一直忙于更新标准，以便跟上带宽快速增长的步伐。这些标准不仅仅是促进线路速率飞速发展，它们还鼓励开发更高速率的应用程序，这将提高数据中心设备之间链路的成本效益。

    为此，正在开发一些过渡速度来填补10G、40G、100G和400G之间的差距。表1列出各种以太网标准，红色字体列出的是还进行中的。

  （备注：IEEE802.3（以太网）标准是描述物理层和数据链路层的MAC子层的实现方法，在多种物理媒体上以多种速率采用CSMA/CD访问方式，对于快速以太网标准说明的实现方法有所扩展。ANSI/T11（光纤通道委员会）T11即光纤通道委员会，绝大多数光纤通道的相关标准都是由T11制定并成为ANSI标准。）

   迁移的选择

    关于向高带宽转移的讨论是一项很复杂的任务，不仅要适应带宽的飞速发展，还需要考虑这项任务带来的硬件的成本：光纤类型、调制、传输方案、连接器配置。

    图3和图4显示两种可能的迁移路径，但是还有许多其他的迁移路径。这就意味着要进行全面的考虑，确定哪条路径更适合自身数据中心发展。以下只是需要考虑的问题中一些：

 问题一：选择40G还是25G？

    直到最近，带宽从10G到40G的趋势已被广为接受。自从IEEE802.3标准得到认可之后，业界已将25G作为下一个里程碑似的目标，当然，将25G 定为目标是有一定的原因。首先，直接迁移到40G，仅光模块这一项的成本就已很高，并且25G通道使数据中心能够最大限度的利用现有的10G基础架构，还有一点，25G通道更容易向50G（2×25G）和100G（4×25G）转变。

    问题二：跳线是采用预端接还是现场熔接？

    为快速提升数据中心网络速度，预端接已成为众多数据中心中首选的一项布线技术。据估计，预端接跳线的即插即用能比熔接节省90%的时间。在网络维护方面――特别需要移动/添加/更改时――预端接比熔接快50%.预端接的价值将随着网络中使用光纤的数量越多，优势越明显。在预端接解决方案中，MPO/MTP光纤由于其易于使用、安装速度快、高密度正迅速成为光纤熔接首选。

    问题三：串行通信还是并行通信？

    随着应用程序爆发性的增长，对数据中心速率响应将提出更苛刻的要求，这几年，市场已从串行转向并行通信。这一趋势得到以MPO为主的连接器的支持，MPO光纤连接器已经在数据中心使用近十年。使用激光优化多模光纤（LOMMF ） ，串行通信可以支持10G带宽。但随着10G链路被25G或40G代替，串行通信的唯一选择是转向更昂贵的单模解决方案。然而，并行通信为40G和100G以太网提供一个性价比更高的解决方案。转换为并行通信也有助于推动使用MPO连接器的应用。在北美，预计到2020年，40/ 100GbE通信链路的MPO光纤-光模块连接器的销量每年将增长15.9% ，到2020年将达到1.26亿美元。然而，由于并行通信来的到来，未来会有更多与此相关的技术问世。

    问题四：单模，多模还是宽带多模？

    可插拔光模块的成本限制单模光纤（SMF）的使用。虽然新技术和生产效率提高有助于降低SMF（单模光纤）的价格，可即使如此，单模光模块的成本还是有些略高。在数据中心中使用SMF数量增加的两个区域是：从大型数据中心设计的入口设施到主要分配区域以及从楼层。多模光纤（MMF）对企业无论是从密度还是成本上都提供者更具吸引力的性能。

    对多模光纤（MMF）而言，面临的挑战是距离问题，也就是说随着数据量不断增长和互连速度的提高，通信链路距离会越来越短。但是，新兴的、更高质量的组件和设计链路能够支持更远距离以及新数据中心拓扑结构所需要的链路容量。最近，出现一个改良的方案，它可能为光纤升级提供最理想的解决方案。它就是宽带多模光纤（WBMMF ）是一种新的光纤类型，最近被ANSI/TIA-492AAE认可，预计由ANSI/TIA-942-B推荐。在2015年由CommScope（美国康普公司）推出，WBMMF增强短波分复用（SWDM）技术的能力，至少可用带宽是原来的四倍，同时保持兼容OM3与 OM4，以及支持所有类型多模应用。通过多路复用技术将四组信号组合成一组信号在850 nm ——950nm区域内传输，一组WBMMF信号是现在传输容量的四倍，图6显示OM3、OM4和OM4宽带光纤之间的带宽比较。

    （备注：多路复用是指以同一传输媒质（线路）承载多路信号进行通信的方式。各路信号在送往传输媒质以前，需按一定的规则进行调制，以利于各路已调信号在媒质中传输，并不致混淆，从而在传到对方时使信号具有足够能量，且可用反调制的方法加以区分、恢复成原信号。多路复用常用的方法有频分多路复用和时分多路复用，码分多路复用的应用也在不断扩大。）