技术
Special Technology
I G I T C W 专题
数据中心作为城市商业银行的数据存储和处理的核心，其网络系统在数据中心中如同身体的血管、神经中枢，其链路质量可靠性、性能稳定性以及可扩展性就变得至关重要。星期 英文
1 传统数据中心综布存在问题
1.1 建设周期长
数据中心综合布线光纤配线工程量占据了整体综布工程量的60%-70%。传统光纤熔纤接续工作是光纤传输系统建设中工作量最大、技术要求最复杂的重要工序。光纤熔纤接续工作主要包括排束、剥缆、穿热缩管、制作光纤端面、裸纤清洁、裸纤切割、熔接、盘纤等工作。一般熔接一根尾纤熟练技工实施需要1到2分钟时间。试想一下，千上万条尾纤的布放和成端工作，需要耗费多少的人力和时间。
1.2 链路变化灵活性差
在综合布线标准中定义了各类的接口规格，比如双绞线连接器的RJ11和RJ45接口。光纤跳线连接器常见的接口规格有SC 、LC 、ST 、FC 等。如何在众多纷繁的接口类型中选择适宜应用场景的接口，并能够灵活根据网络带宽要求、链路衰耗要求的不同更换接口类型，是摆在综合布线系统设计、实施、运维过程中工程师较为困扰的问题。不断的增加布线，使得原有机房走线槽越来越拥堵，布线理线工作越来越不好开展，更不用说综合布线升级改造工作。
1.3 技术扩展性较差
网络的迭代更新，带给了数据中心更高的带宽，更
gaopeng>beer是什么意思快的速度，但对于处于物理层的综合布线系统也带来了更大的压力。早期的超五类线、OM1/OM2光缆已经无法满足现在的网络需求，技术扩展性较差。而网络的优化提升，就意味着需要对原有整个数据中心的综合布线
系统进行大改造、大换血。这一方面增加了网络改造的成本，另一方面也对原有数据中心的综合布线改造实施提出了相当高的要求。
2 数据中心光纤高密布线技术
随着网速的不断提高，光纤网络本身对于传输介质的要求越来越高，其中最主要的指标是光纤链路的
损耗。而光纤链路中损耗占比最大的是连接器部分的插损。光纤链路的损耗由光纤线缆的衰减和光纤连接器的插入损耗两部分组成。一般情况下数据中心机房内部的光缆长度不超过100米，其衰减为0.35dB 左右，而一条光纤链路中会包含多个连接器耦合对，一个典型的光纤连接器耦合对的插入损耗在0.2-0.4dB 范围内，所以一个光纤链路连接部分的优劣将直接影响光纤链路整体的损耗和所能支持的网络和传输能力。要求光纤链路中存在多次的跳接，链路总衰减也将相应的增加。这就将对光纤信道的衰减提出更高的要求。
2.1 适用标准
表1是IEEE 802.3关于10G 以上多模光纤以太网应用的光纤链路损耗和距离要求。
表1 多模光纤以太网应用的光纤链路损耗和距离要求
通道应用
标准
年份光纤芯数接口损耗（dB ）（OM3/OM4/OM5）距离（m ）（OM3/OM4/OM5）1×10G 10GBASE-SR IEEE
802.3ae 20022Duplex LC 2.6/2.9/N 300/400/N 4×10G 40GBASE-SR4IEEE
802.3ba 2010812F MPO （8） 1.9/1.5/N 100/150/1501×4入×10G 40G-SWDM4MSA
20172Duplex LC 2.4/2.8/2.9240/350/44010×10G 100GBASE-SR10IEEE
802.3ba 20102012F MPO （10） 1.9/1.5/N 100/150/N 1×25G 25GBASE-SR IEEE
802.3by 20162Duplex LC 1.8/1.9/N 70/100/N 4×25G 100GBASE-SR4IEEE
802.3bm 2015812F MPO （8） 1.8/1.9/N 70/100/1001×4入×25G 100G-SWDM4MSA
20172Duplex LC 1.8/1.9/2.075/100/15016×25G 400GBASE-SR16IEEE
802.3bs 20173232F MPO （32） 1.8/1.9/1.970/100/1001×50G
50GBASE-SR IEEE
P802.3cd
2019
2
Duplex LC
1.8/1.9/N
70/100/N
城市商业银行数据中心高密度布线的最佳实践
蔡振华
（厦门银行股份有限公司，福建 厦门 361000）
摘要：随着大数据、分布式、云计算技术的应用，以及国家高科技战略的指引，作为载体的数据中心其重要性越来越突显。文章主要从传统数据中心综合布线的痛点出发，研究了数据中心综合布线的国际标准和国家标准，并与业界主流厂家进行技术交流和技术调研。通过城市商业银行的最佳实践，探讨了城市商业银行从10G 到100G 网络发展过程中布线系统应当考虑的光纤高密布线极性、模块化部署、抗弯曲性能、整体链路损耗等技术问题，具有一定的借鉴意义。
关键词：高密度；预端接；快速部署；MTP doi ：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2021.05.032中图分类号：TN80；TN929.5 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2021）05-0076-05
作者简介： 蔡振华（1986-），男，畲族，福建厦门人，本科，研究方向通信技术。
Special Technology
专题技术DCW
2×50G 100GBASE-
SR2
IEEE
P802.3cd
20194
2×Duplex
LC
1.8/1.9/N70/100/N
4×50G 200GBASE-
SR4
IEEE
P802.3cd
20198
12F MPO
（8）
1.8/1.9/N70/100/N
8×50G 400GBASE-
SR8单词搜索
IEEE
P802.3cm
201916
16F MPO
（16）
TBD70/100/-
4×2入×50G 400GBASE-
SR4.2
IEEE
P802.3cm
20198
12F MPO
（8）
TBD70/100/-
4×4入×25G 400G-BD4.2MSA20188
12F MPO
（8）
1.8/1.9/
2.070/100/150
目前主流的以太网应用主要为10GBASE-SR、40GBASE-SR4、100GBASE-SR4以及400GBASE-SR16。从上图可以看出，IEEE发布的光纤以太网对损耗的要求中，10G以太网需采用OM3光纤传输，最远距离达到300米，光纤链路的损耗最高不能超过2.6dB。40G以太网和100G以太网，采用OM3光纤可以传输100米的距离，损耗最高不能超过1.9dB。采用OM4光纤可以传输到150米的距离，损耗不能超过1.5dB。
除了以太网，数据中心还会经常用到存储网络的光纤通道，也就是FiberChannel这种网络。具体如表2所示。
表2 光纤通道应用的综合布线要求
应用（850nm VCSEL）OM3（最大距离 m/衰减
dB）OM4（最大距离 m/衰减
dB）
4GB Fibre Channel380/2.88400/2.95
8GB Fibre Channel150/2.04190/2.19
16GB Fibre Channel100/1.86125/1.95
2.2 光纤高密布线技术优势
2.2.1 开放性
光纤高密布线技术的开放性主要表现在它的基础物理性能需要完全独立于应用系统，并且符合国际现行标准，支持所有通信协议。
2.2.2 灵活性
光纤高密布线技术采用预端接的传输线缆和连接硬件，采用模块化设计理念，预端接模块做到按需更换，快速部署，即插即用。通过实践证明，其部署速度比传统的现场熔纤的端接方式快90%，且无需独立的现场端接连接器、端接套件、耗材，无现场废料或垃圾，而且操作人员也不需要具备成本高昂的光纤端接专业技能。
2.2.3 可靠性
光纤高密布线技术采用的相关连接件均通过ISO认证。每条通道都要采用专用仪器测试链路衰减，保证光学传输性能。根据数据中心的15年到20年的生命周期，采用的产品应当保证其链路的稳定性和长期耐用性。布线系统全部采用点到点连接，任何一条链路故障均不影响其他链路的运行。
2.2.4 先进性
从网络的架构演变趋势来看，扁平化、融合会是未来网络主流发展方向。网络的扁平化也对核心路由交换设备提出了更高的端口密度和更高速率的上行端口要求。除了目前大量应用的40G、100G的接口
需求外，光纤高密布线技术还适用于以太网400G链路类型，这是未来多年数据中心的发展趋势。
2.2.5 经济性
数据中心容量标准其中一个重要指标就是机柜数量。光纤高密布线技术可以在压缩配线端机柜空间的情况下，将更多的空间提供给IT设备。另外，40G\100G 以太网采用的是SR4，并行传输也在一定程度上节省了设备端的光模块成本，并且无源设备的高密度并不会带来其他电源和制冷的增加。
2.3 光纤高密度布线极性问题
光纤高密布线技术在需要考虑布线系统的极性问题。一般来说，为了达到全双工传输，光纤链路至少需要2芯，本端的发对应对端的收。当一个链路需要多芯光纤进行高速传输的时候，要保证光纤链路的极性就变得更加复杂。TIA568定义了3种接口类型。A极性为直连型，如图1
所示。
图1 A极性光纤通道示意图
B极性为完全反转型，如图2
所示。
图2 B极性光纤通道示意图
C极性为交叉型，如图3
所示。
图3 C极性光纤通道示意图
根据不同极性中预端接光缆和耦合器的设计不同。
技术
Special Technology
I G I T C W 专题
如图4所示，在40GBASE-SR4、100GBASE-SR4以太网应用场景中，A 极性MTP 预端接光缆的方案和C 极性MTP 预端接光缆需要采用不同极性的跳线，这给使用方就带来较大的困扰，需要网络工程师熟悉光纤布线系统和光纤跳线极性类型，对施工、库存、管理等方面都带来了不便。B 极性MTP 预端接光缆最优，从跳线、MTP 耦合器、MTP 预端接光缆所有配件都是相同规格型号，
方便管理和实施。
图4 40G/100G 不同极性链路连接对比
所以，在40GBASE-SR4、100GBASE-SR4以太网应用场景中，业界主流采用B 极性MTP 预端接光缆方案。
如图5所示，在10G-SR/40G/100G-BiDi 以太网应用场景中，A 极性的预端接光缆方案中，两端的跳线类型不同。B 极性的预端接光缆方案中，不同厂家采用不同的模块或者相同模块不同安装方式。这两种情况对于使
用者来说都会产生困扰，不便设计、安装及管理。
图5 10G-SR/40G/100G-BiDi 不同极性链路连接对比
C 极性的预端接光缆方案中，预端接两边模块和跳线都是相同的，易于用户使用。当然有些主流厂家针对B 极性预端接光缆在10G-SR/40G/100G-BiDi 以太网应用场景中通过技术专利研发出了通用极性的LC/MTP 光配线模块。通用极性可以让建设方在进行光配线模块的移动、新增和变更操作时不用考虑极性问题。
所以，在10G-SR/40G/100G-BiDi 以太网应用场景中，目前业界主流采用B 极性和C 极性的预端接光缆方案。
2.4 抗弯曲性能
光纤的弯曲弧度变大会产生更多的损耗。当在狭小
的空间中盘光缆或者需要在管道中增加新的连接时，会变得更加拥挤，可能会挤压光纤或者将光纤过度捆绑缠绕在一起。所以光纤高密布线技术中需要解决的是减小狭小空间中的宏弯损耗。如果普通光纤被过紧地弯曲，光传导模遇到过弯曲拐点会使光泄露到包层中，导致信
日语2级报名
樱花的英文号衰落。抗弯曲性能的光纤在光纤外围有一层光沟道。光沟道如同一层“防护屏障”，由于弯曲而外泄的能量在纤芯和覆层之间又被反射回到了纤芯中，确保光传导模在光纤中经过拐点或弯曲时的情况下依然在纤芯中传播，将能量的外泄控制到了很小的程度，进而大幅度的降低了光纤的损耗。
fingersmith
在工程实施过程中，物理挤压、由于施工规范的问题光缆使用普通扎带进行捆扎、过多的光缆长度、多圈
缠绕都会增加光纤的损耗，导致链路的误码率陡升。
图6 布线示意图
如图6所示，这是一个典型的SAN 设备配线到服务器设备配线的连接。从SAN 交换设备到服务器设备的过程中，会有超过30个弯曲。而一般工程验收只会对SAN 设备的配线架到主配线机柜配线架、服务器机柜配线架到主配线机柜配线架进行测试，对于整体链路的测试可能会忽略。
归纳一下，抗弯曲多模光纤的优点如表3所示。
表3 抗弯曲多模光纤的优点
目标使用抗弯曲多模光纤对网络的影响可靠性较低的总损耗、由于急弯产生的影响较低灵活性较好的延伸性和柔软性，适应更多的接头，便于迁移和改装空间利用提供更经济便捷的安装、有效利用空间
降低成本较好的冷却效率、便于迁移和改装、较低的技术支持成本、更短的停机时间
3 城商行数据中心综布实践
典故的意思
3.1 城
商行数据中心整体布线架构
图7 数据中心整体布线架构
如图7所示，GB50174-2017定义了数据中心整体布
线架构，数据中心的布线逻辑区域主要分为主配线区、中间配线区、水平配线区和设备配线区。基于城商行数据中心规模，根据网络系统的核心、汇聚、接入三层设计，网络设备区域主配线区到中间配线区按照交叉互联模式，中间配线区到水平配线区采用双链路上联模式。水平配线区到设备配线区采用双列头模式。设备配线区每列设置多个服务器机柜。考虑到链路的长度以及双上行的不同物理路由，每列服务器机柜的列头和列尾各设置1个网络接入机柜。每个服务器机柜通过双链路连接到网络接入机柜。
考虑到SAN存储部分的布线设计，由于光纤交换机、存储设备的成本较高，不适宜采用列头列尾方式设计。城市商业银行数据中心一般核心布线区域不会超过100米距离，这也是IEEE 16G FC光纤通道所要求的距离限制，所以可以采用集中配线的模式。在数据中心单独设置一个区域作为SAN水平配线区，每个服务器机柜双链路上联到SAN设备水平配线区，再通过SAN设备水平配线区接入光纤交换机。SAN设备水平配线区中每个配线柜与存储设备区机柜进行交叉互联。
3.2 产品选型与演化升级
3.2.1 光纤配线产品选型
数据中心采用多模光纤布线。光纤配线采用高密度布线1U 144芯高密预端接产品，光缆采用12芯预端接光缆。首先，光纤配线产品采用模块化设计，支持从10G 向40/100G应用的无缝升级。10G LC到MTP光配线模块可轻松更换为40/100G MTP适配器。其次，为减少可严重降低系统性能的污染物和表面缺陷，10G LC到MTP光配线模块每个LC接口具备自动防尘盖。再次，高密光纤配线产品需要能够缓解通道堵塞、改善气流，且易于跳线插拔。最后，为减少高密光纤配线的跳线拥挤情况，采用易插拔的单管双芯光纤跳线。
3.2.2 铜缆配线产品选型
根据GB 50174-2017标准中对于数据中心铜缆产品选型的定义，城商行数据中心建议采用CAT 6A铜缆。基于高密度布线可以节约机柜空间的考虑，采用1U 48口铜缆配线架，同时为了方便操作跳线的插拔，配置相应的28AWG的6A铜缆超细跳线。
3.2.3 网络10G到40G/100G演化
多模光缆部署将满足城市商业银行数据中心网络接入层主流10G的需求，并需要能够快速升级到40G/
100G 网络链路。40G端口的相关技术和产业链相对成熟，在芯片成本、光模块成本和端口部署等方面都有着其现实意义。从IEEE802.3-2010到IEEE802.3-2015的标准制定来看，SR4的规模商业化将带来整体建设成本的下降。
40GBASE-SR4和100GBASE-SR4使用8芯多模光纤介质来传输。所以，我们需要考虑从12芯多模预端接光缆到8芯预端接光缆的转变，或者考虑如何将12芯光缆
最大程度的利用。生活大爆炸 第七季
图8 1/10G 向40/100G演化的结构化布线
如图8所示，当需要升级交换机时，只需将10G LC/ MTP光配线模块更换为一个 MTP 适配器面板。另外，使用MTP跳线连接 40/100G 交换机即可完成升级。
对于40/100G以太网，总连接器损耗是必须被考虑的。MTP连接器耦合的最大连接器损耗规格为0.5dB和0.35dB。考虑到网络基础设施的发展，总连接损耗、物理连接距离应作为最终产品性能选择的标准。由于OM3在100GBASE-SR4应用中最大距离限制为70米，而部分链路在数据中心是可能超过的，所以在网络升级100G 设备前建议将预端接光缆升级成0M4
光缆。
图9 10G链路物理拓扑
如图9所示，表示2台10G交换设备连接的物理拓扑。10G链路总连接损耗计算如下，10G 网络的OM3链路总连接最大损耗应低于 2.6 dB。
10G链路总连接损耗=4*LC/MTP模块插损+2*MTP 光缆损耗（1
）
图10 40G/100G链路物理拓扑
如图10所示，表示2台40G/100G交换设备连接的物理拓扑。40G/100G链路总连接损耗计算如下，40G/100G 网络的OM3链路总连接最大损耗应低于1.8 dB。
40G/100G链路总连接损耗=4*MTP 连接器插损+2*MTP光缆损耗（2）
4 数据中心光纤技术展望（下转第81页）
（上接第79页）网络主干网技术先后经历了155M、1G、10G、40G、100G等不同发展阶段。当下，光纤技术已成为构建主干网的优质选项。随着技术的发展，当100G技术不能满足网络传输需求，400G将是超高速、大容量、融合、智能化光传输网的演进方向。伴随多个400G标准颁布，MTP多芯光纤并行传输正给400G网络创造绝佳的条件。此外，伴随数据中心对高带宽、高速度应用的需求增长，OM5光纤跳线将会成为用于高速数据中心应用的新型多模光纤跳线。OM5光纤跳线借鉴了单模光纤的波分复用（WDM）技术，延展了网络传输时的可用波长范围，降低了网络的布线成本。此外，OM5可扩展性强，可向下兼容OM3和OM4类型的光纤。OM5光纤将会给光通信领域带来巨大的变化。参考文献
[1] 中华人民共和国工业和信息化部.数据中心设计规范：GB50174-2017[S].
北京：中国计划出版社，2017：79.
[2] 张晓微，陈宇通，等.数据中心布线国际标准研究报告[R].北京：中国工
程建设标准化协会信息通信专业委员会，2019.
[3] 张晓微，房毅，等.数据中心40G/100G布线技术白皮书[R].北京：中国
工程建设标准化协会信息通信专业委员会，2015.
[4] 张晓微，王君原，陈宇通等.数据中心400G网络布线技术白皮书[R].北
京：中数智慧信息技术研究院，2019.
[5] 陆睿，程传胜，等.100G开放光模块技术规范 [R]北京：开放数据中心委
员会，2017.
[6] 美国康宁公司.抗弯曲光纤在数据中心的应用[J].智能建筑与城市信息，
2010，7（164）：44-48.
[7] 中国工程建设标准化协会信息通信专业委员会综合布线工作组.数据中心
综合布线测试方法[J].智能建筑与城市信息，2011，2（171）：54-56.
的linux操作系统。这种架构是目前最先进、最安全的双网安全数据交换技术，国铁集团客票系统采用该架构进行内外网数据安全交换。
1.3 信息交换平台功能设计
环保服装设计
安全网闸提供网络安全隔离功能，在网络物理隔离基础上建立数据传输通道，内端机和外端机之间通过私有协议进行纯数据摆渡，确保不同网络之间无任何的网络协议直接穿透，传输的原始数据不具有攻击或对网络安全有害的特性。
前置机和后置机提供跨网络文件同步代理、数据库代理、应用访问代理功能。文件代理从服务器中抓取需要传输的文件，存储到本地，根据管理策略将文件推送到对应网络指定的文件服务器，或等待对应网络文件服务器来提取文件。数据库代理从指定数据库服务器中抓取需要传输的数据库变化信息，形成文件存储在本地，并推送给对应网络指定的数据库。应用代理是为各类应用穿越不同安全等级网络所构建的应用层协议代理系统，提供跨网络访问应用的通道，解决各种应用协议跨网络进行信息传
输的安全问题。
2 信息安全交换平台安全防护设计
信息安全交换平台在实现企业跨网络数据交换的同时，网络安全防护技术符合等保2.0安全要求，为企业网络、应用和数据提供安全保障。
安全隔离网闸是在网络物理隔离的基础上实现互联互通，符合等保2.0规定的“重要网络区域与其他网络区域之间应采取可靠的技术隔离手段”要求。
安全网闸基于IP五元组实现访问控制机制，符合等保2.0规定的“应在网络边界或区域之间根据访问控制策略设置访问控制规则，默认情况下除允许通信外受控接口拒绝所有通信”要求。
前后置机的文件代理模块对需要采集的远程文件资源和本地文件传输目录进行配置；数据库代理模块对需要同步的源及目的数据库进行配置；应用代理模块对需要传输数据的应用系统进行网络协议的代理配置。通过文件代理模块、数据库代理模块和应用代理模块的安全配置，不允许非授权数据及协议通过信息安全交换平台进行数据交换。
3 结束语
本文主要研究了不同网络物理隔离条件下的跨网络数据安全交换技术，提出信息安全交换平台建设方案，详细设计了信息安全交换平台的物理架构和功能架构，并研究了信息安全交换平台的安全防护技术。随着企业内外网信息交换需求的逐渐增多，建设信息安全交换平台对企业跨网络数据交换发挥重要意义，研究成果经试验验证具备推广实施条件。
参考文献
[1] 周磊.计算机网络信息安全研究及其防护对策[J].神华科技，2019（08）：
6-10.
[2] 刘志成，王瑞.基于网络隔离的信息安全交换平台的设计与实现[J].警察
技术，2008（4）：8-11.
[3] 赵小刚，王创科.物理隔离网闸系统设计浅析[J].科技与创新，2014（18）：
133-134.
[4] 张友能.基于网闸技术的网络安全研究[J].通信技术，2008（05）：133-
135+148.图2 信息安全交换平台物理架构示意图
