CN113518980A - 用于数据中心中的灵活光互连的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述的一个实施例提供一种通信系统。所述通信系统能够包括：第一交换机，所述第一交换机包括一个或多个光收发器模块；以及多根独立光缆，所述多根独立光缆耦合到所述第一交换机上相应的光收发器模块。

Description

用于数据中心中的灵活光互连的系统和方法
技术领域
本公开通常涉及数据中心设计。更具体地，本公开涉及设计数据中心中的交换机当中的光互连。
背景技术
云用户的计算需要的快速增长继续驱动云服务器的计算能力，从而提高对数据中心的速度和可扩展性要求。典型的数据中心可以是使用通信网络互连的资源(例如，计算、存储和网络资源)池。数据中心网络在数据中心中发挥重要的作用，因为它互连所有数据中心资源。
数据中心网络需要为可扩展且高效的以便连接成千上万或甚至数十万服务器。数据中心网络的关键特性能够包括带宽、规模和延时。数据中心网络的设计者常常追求大规模、低延时和低成本的目标。在使成本和延时保持低的同时设计大规模数据中心网络可能是挑战。
发明内容
本文描述的一个实施例提供一种通信系统。该通信系统能够包括：第一交换机，该第一交换机包括一个或多个光收发器模块；以及多根独立光缆，该多根独立光缆耦合到第一交换机上相应的光收发器模块，从而允许第一交换机经由至少多根独立光缆耦合到通信系统中的多个其他交换机。
在关于此实施例的变型中，相应的光收发器模块能够包括以下各项中的一个或多个：基于SNTM的光接口、基于MDC的光接口和多纤推拉(MPO)光接口。
在另一个变型中，相应的光收发器模块能够包括多个基于SN或MDC的接口，并且相应的光缆能够分别包括用于将相应的光缆耦合到光收发器模块的基于SN或MDC的连接器。
在另一个变型中，相应的光收发器模块能够包括MPO光接口，并且相应的光缆能够包括用于将相应的光缆耦合到光收发器模块的MPO连接器或双工LC连接器。
在另一个变型中，相应的光收发器模块能够包括MPO光接口，并且相应的光缆能够经由MPO转换器耦合到MPO光接口，所述MPO转换器将较高光纤数的MPO接口转换为较低光纤数的MPO接口。
在关于此实施例的变型中，多根独立光缆中的每一根能够耦合到通信系统中的不同交换机。
在关于此实施例的变型中，通信系统中相应的交换机能够具有256×50Gbps(吉比特每秒)或512×50Gbps的输入/输出(I/O)容量。
在另一个变型中，相应的光模块能够具有200Gbps或400Gbps的速度。
在关于此实施例的变型中，第一交换机能够包括N个光收发器模块，并且每个光收发器模块能够耦合到M根独立光缆。第一交换机能够耦合到通信系统中的M×N个其他交换机。
在另一个变型中，通信系统能够包括两级交换机。第一交换机在第一级上并且第一交换机的下行链路上相应的端口使用三元组(i1,j1,k1)来标记，其中i、j、k分别表示交换机序号、光模块序号和端口序号。端口(i1,j1,k1)耦合到属于第二级上的第二交换机的上行链路的端口(i2,j2,k2)，其中i2＝j1*M+k1，j2＝i1％M，并且k2＝mod(i1,M)。
一个实施例能够提供一种用于在数据中心网络中的交换机当中耦合的耦合机制。该耦合机制能够包括耦合到相应的交换机上相应的光收发器模块的多根独立光缆，从而允许相应的交换机耦合到数据中心网络中的多个其他交换机。
一个实施例能够提供一种用于在数据中心网络中的交换机当中耦合的方法。该方法能够包括：选择交换机；将多根独立光缆的第一端耦合到所选择的交换机上相应的光收发器模块；以及将多根光缆的第二端耦合到数据中心网络中的多个其他交换机。
附图说明
图1图示数据中心的示例性网络基础设施。
图2A和图2B示出根据现有技术的两个不同级的交换机当中的示例性互连。
图3A示出根据一个实施例的交换机当中的示例性互连。
图3B示出根据一个实施例的交换机当中的示例性互连。
图4示出根据一个实施例的具有两级交换机的示例性网络。
图5A示出光收发器模块的示例性光接口。
图5B示出根据现有技术的光模块的示例性光接口配置。
图5C示出根据一个实施例的光模块的示例性输出配置。
图5D示出根据一个实施例的光模块的示例性输出配置。
图6A图示根据一个实施例的多根光缆的示例性布置。
图6B图示根据一个实施例的多根光缆的示例性布置。
图7A示出根据一个实施例的光模块的示例性输出配置。
图7B示出根据一个实施例的光模块的示例性输出配置。
图8A图示根据一个实施例的多根光缆的示例性布置。
图8B图示根据一个实施例的多根光缆的示例性布置。
图9呈现根据一个实施例的图示用于建立数据中心网络的示例性过程的流程图。
在各图中，相似的标记是指相同的图元素。
具体实施方式
以下描述被呈现来使得本领域的任何技术人员能够做出并使用实施例，并且是在特定应用及其要求的上下文中提供的。对所公开的实施例的各种修改对于本领域的技术人员而言将是容易地显而易见的，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以将本文定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本发明不限于所示出的实施例，而是将符合与本文公开的原理和特征一致的最宽范围。
概述
本文描述的实施例解决在数据中心中的交换机当中提供高效且灵活的光互连的技术问题。更具体地，通过在每个单独的光模块上实现多个并行光纤输出，一些实施例增加每个交换机上的独立端口的数量，而无需修改交换机的内部结构或者无需增加交换机上的光模块的计数。在一些实施例中，光模块可以符合标准形状因数，诸如四路小型可插拔(QSFP)或八路小型可插拔(OSFP)，并且能够使用各种类型的光接口来将光模块耦合到多根光缆，其中每根光缆对应于交换机端口。在一些实施例中，来自特定交换机级上的特定交换机的光缆能够被布置为使得它们耦合到下一级上的其他单独的交换机，每根光缆一个交换机。给定配备有N个光模块的交换机，其中每个光模块耦合到M根并行输出光缆，该交换机能够耦合到最多M×N个其他交换机。
数据中心的光互连
图1图示数据中心的示例性网络基础设施。在图1中，数据中心网络100能够包括网络交换机的三层，即接入层、聚合层和核心层。服务器连接到接入层内的交换机。聚合层交换机互连多个接入层交换机。聚合层模块也能够提供各种重要服务，诸如内容交换、防火墙、安全套接字层(SSL)卸载、入侵检测、网络分析等。所有聚合层交换机都通过核心层交换机相互连接。核心层交换机也负责将数据中心连接到数据中心外部的网络(例如，因特网)。为了满足对计算能力的不断增加的用户需求，数据中心应该包括大量互连的高性能服务器。
用于形成数据中心网络(例如，图1所示的数据中心网络100)的硬件模块能够包括电交换机、光收发器模块(或简称为光模块)和光缆。当前的数据中心通常实现速度为100Gbps(吉比特每秒)的网络，其中电交换机芯片具有128×25Gbps或256×25Gbps的输入/输出(I/O)容量并且光收发器模块具有100Gbps的速度。每个服务器的网络接口卡(NIC)能够具有25Gbps或更高的速度。下一代数据中心可以实现400Gbps网络，其中交换机芯片具有256×50Gbps或512×50Gbps的I/O容量并且光收发器模块具有400Gbps的速度。下一代数据中心中的服务器的NIC速度能够达到100Gbps。
对于高速(例如，100Gbps及以上)数据中心网络，光互连(例如，光收发器和光缆)可能是实现交换机当中的互连以及接入层交换机与服务器之间的耦合时所必要的。对于大规模网络，期望具有尽可能多的交换机端口。然而，交换机芯片I/O与光收发器之间的速度失配可能常常导致交换机上的端口的数量减少，这能够进而限制数据中心网络的规模。例如，交换机芯片I/O能够包括512个电通道，其中每个通道以50GHz的速度运行。另一方面，光收发器模块可以具有400Gbps的速度，意味着将需要将最多8个电通道组合到单个光收发器上，该单个光收发器常常耦合到单根光缆以用作单个交换机端口。因此，不是提供512个交换机端口，而是交换机模块能够仅提供最多64个交换机端口。
用于增加交换机上的端口计数的一个可能的解决方案是增加交换机中包括的交换机芯片的数量。通过级联多个交换机芯片，一个人能够增加交换机的总端口计数。然而，这样的解决方案可能是昂贵的并且也能够增加网络延时。
另一解决方案是降低光收发器的速度并且使用大得多数量的收发器来为每个交换机服务，从而相等地增加每个交换机上的端口的数量。图2A和图2B示出根据现有技术的两个不同级的交换机当中的示例性互连。在图2A中，每个交换机被配备有具有单根光缆输出的一个光模块。更具体地，上级交换机202被配备有高速光收发器模块204(例如，用于400G网络的400G光模块)，并且下级交换机212被配备有高速光收发器模块214。每个光模块的输出是单根光缆(例如，光缆206)。如一个人能够看到的，在每级的交换机能够仅耦合到在不同级的单个交换机，因为每个交换机对于每个链路(例如，上行链路或下行链路)仅具有一个端口。注意，这里每个交换机实际上包括上行链路和下行链路两者。在各图中，出于简单目的，示出了仅一个链路(上行链路或下行链路)。另一方面，在图2B所示的示例中，每个交换机的上行链路或下行链路被配备有具有降低速度的两个光模块。例如，代替400G的光收发器，每个交换机能够被配备有两个200G光收发器。更具体地，上级交换机222的下行链路被配备有光收发器模块224和226，而下级交换机232的上行链路被配备有光收发器模块234和236。类似于图2A所示的示例，每个光收发器模块具有单根输出光缆。例如，光模块224具有输出电缆228，而光模块226具有输出电缆230。结果，每个交换机现在具有能够连接到两个其他交换机的两个交换机端口。在图2B所示的示例中，两个上级交换机(例如，交换机222或242)中的每一个能够耦合到两个下级交换机(例如，交换机232和252)。与图2A所示的示例相比，图2B所示的网络的规模是两倍大。
然而，在不增加网络速度的情况下增加光收发器的数量可能是不划算的，因为光模块的每比特成本增加了。此外，光收发器的数量增加也能够导致交换机盒的尺寸放大，这在数据中心中不是所希望的。
为了克服这些问题，一些实施例在无需降低其光模块的速度的情况下增加交换机上的交换机端口的数量。更具体地，在一些实施例中，代替单根光缆，光收发器模块能够耦合到多根平行光缆，其中每根电缆包括单根光纤或光纤束。换句话说，不是具有单根输入/输出光缆来方便单个交换机端口，而是光模块现在有多根并行输入/输出光缆来方便多个交换机端口，从而增加交换机上的端口的数量，而无需降低光模块的速度。注意，每个单个交换机端口包括输入和输出光缆。
图3A示出根据一个实施例的交换机当中的示例性互连。在图3A中，每个交换机的每条链路包括一个光模块并且每个光模块包括两根独立光缆。例如，交换机302在其下行链路中被配备有光模块304，其耦合到两根光缆即电缆306和308。类似地，交换机312被配备有光模块314，并且光模块314的输入/输出由两根光缆即光缆316和318承载。注意，每根光缆能够包括单根光纤或一束光纤。
图3A也示出光交换机的两根光缆能够耦合到两个不同光交换机的两根光缆。例如，上级交换机302能够经由光缆306和308单独地耦合到下级交换机322和324。类似地，上级交换机312也能够经由光缆316和318单独地耦合到下级交换机322和324。与图2A所示的示例相比，图3A所示的网络的规模是两倍大，同时使光模块(例如，光模块304和314)的速度保持不变。
能够通过在每个交换机上配备多个光模块来进一步增加网络的规模。图3B示出根据一个实施例的交换机当中的示例性互连。在图3B中，每个交换机在一个链路(例如，上行链路或下行链路)中包括两个光模块，并且每个光模块包括两根输入/输出光缆。因此，每个交换机的链路现在被提供有四个交换机端口，从而使得交换机有可能在上行链路或下行链路中耦合到最多四个其他交换机。在图3B所示的示例中，上级交换机342能够在其下行链路中经由交换机342的四根光缆耦合到下级交换机352、354、356和358。类似地，上级交换机344也能够在其下行链路中经由四根光缆耦合到相同的四个下级交换机。与图2B所示的示例相比，网络的规模已加倍，同时使交换机架构以及光模块速度保持不变。
能够基于每交换机的光模块的数量和每光模块的独立输入/输出的数量来确定网络的规模。图4示出根据一个实施例的具有两级交换机的示例性网络。每个交换机能够在其上行链路或下行链路中被配备有N个光模块，其中每个光模块能够具有M个独立输入/输出，其中每个输入/输出为单独的光缆。注意，单独的光缆可以是单根光纤或单个多根光纤束。在图4所示的示例中，能够将上级交换机402的下行链路中包括的光模块标记为模块_0(或MOD_0)至模块_N-1(或MOD_N-1)，并且能够将光模块404的交换机端口(即，输入/输出光缆)标记为端口_0至端口_M-1。如一个人能够从图4看到的，每个交换机的下行链路或上行链路具有N×M个端口，从而使得交换机有可能在其下行链路或上行链路中耦合到最多N×M个其他交换机。
在一些实施例中，交换机能够具有各种I/O容量，诸如256×50Gbps和512×50Gbps。本公开的范围不受交换机模块的类型或容量限制。类似地，交换机上配备的光模块能够具有各种速度并且符合各种类型的形状因数。在一些实施例中，光模块能够具有200Gbps或400Gbps的速度。光模块能够具有八路小型(OSFP)、四路小型双密度(QSFP-DD)或QSFP的形状因数。此外，由光模块使用的光物理介质相关(PMD)类型能够包括SR8(其是指8对多模光纤)、DR4(其是指4对单模光纤)和SR4.2(其是指4对多模光纤，其中每光纤2个波长通道)。
在图4所示的示例中，每个交换机级包括N×M个交换机，并且每个交换机耦合到位于不同级的N×M个交换机，从而使网络的规模最大化。在一些实施例中，在上级的交换机端口能够被定义为(i1,j1,k1)，而在下级的交换机端口能够被定义为(i2,j2,k2)，其中i、j、k分别是指交换机、交换机上的光模块和光模块的输出光缆的编号。交换机的编号(或序号)(即，i)的范围可以为从0至N×M-1，交换机上的光模块的编号的范围可以为从0至N-1，而光模块上的输出光缆的编号的范围可以为从0至M-1。下标(1或2)是指交换机级(分别为上或下)。在一些实施例中，能够使用以下公式来布置交换机端口当中的连接：
Figure BDA0003239750150000081
其中M是指每光模块的光缆的数量，并且％符号指示整数除法运算。根据上述公式，上级中的最左边交换机端口(即，端口(0,0,0))应该连接到交换机端口(0,0,0)，其是下级中的最左边端口。类似地，相邻的交换机端口(即，端口(0,0,1))应该连接到交换机端口(1,0,0)，意味着它连接到在下级的第二最左边交换机上的最左边端口。一个人能够看到的，上述公式描述图3B所示的连接。注意，能够观察到对称图案，其中来自在顶级一侧的交换机端口的连接可以是来自在另一侧的交换机端口的连接的镜像。在图3B所示的示例中，来自顶级上的左边两个交换机的连接与来自右边两个交换机的连接对称。例如，最左边交换机上的交换机端口顺序地(从左向右)耦合到每个下级交换机上的最左边端口，并且最右边交换机上的交换机端口顺序地(从右向左)耦合到每个下级交换机上的最右边端口。这样的布置确保所有交换机当中的连接最大化(即，每个单独的交换机连接到最大数量的其他交换机)，同时使连接电缆的总长度保持短。
交换机端口也可以具有除由前述公式定义的连接关系以外的不同类型的连接关系，只要能够使互连交换机的数量最大化即可。例如，也可以具有更多或更少的交换机级。在三个交换机级的情况下，中级交换机可以具有耦合到上级交换机的一些端口和耦合到下级交换机的一些端口。本公开的范围不受交换机端口当中的实际连接图案限制。
取决于交换机中使用的光模块的类型，能够不同地组装光缆。更特别地，取决于由光模块提供的光接口的类型，能够不同地组装光缆。
在一些实施例中，光模块可以包括具有4个可插拔光纤接口如由北卡罗来纳州Hickory的US Conec,Ltd.制造的SNTM(麻萨诸塞州Marlborough的Senko AdvancedComponents的商标)接口和MDC接口的400G-QSFP-DD-DR4光模块。图5A示出光收发器模块的示例性光接口。在图5A中，光模块的光接口500能够包括4对光纤连接器，诸如光纤连接器对502和504。在一些实施例中，每个光纤连接器能够包括LC式连接器。每个光纤连接器能够方便单根光纤与光模块之间的耦合。在一些实施例中，每个光纤对(即，耦合到连接器对的光纤对)能够单独地承载发送和接收的光信号。在图5A所示的示例中，最多8根单独的光纤能够耦合到4对光纤连接器。
在常规的数据中心设置中，光模块的输出仅包括单根光缆，其能够包括一束光纤，其中光纤的一半承载发送的光信号，而另一半承载接收的光信号。图5B示出根据现有技术的光模块的示例性光接口配置。在图5B中，交换机上的光模块510具有单根光缆512。注意，尽管在图5B中未示出，但是单根光缆512实际上能够包括四对光纤。光纤对始终呆在一起，因为它表示单个光链路的不同方向。在图5B所示的示例中，四对光纤可以是多模光纤(MMF)或单模光纤(SMF)。如先前讨论的，交换机能够经由光缆512耦合到另一交换机。图5B所示的光模块510至多提供用于耦合到不同交换机的单个交换机端口。图5B也以虚线椭圆示出将单根光缆512耦合到光模块510上的光接口516的连接器514的前视图。更具体地，连接器514能够包括四个单独的光纤连接器，其中每个连接器具有输入端口和输出端口两者。
为了增加每个交换机模块上的交换机端口的数量，在一些实施例中，能够将耦合到光模块的单独的光缆分成多个组。图5C示出根据一个实施例的光模块的示例性输出配置。在图5C中，耦合到光模块520的八根光纤被分成两个单独的组，其中每个光纤组形成独立交换机端口，诸如交换机端口522和524。更具体地，每个光纤组能够包括表示单个光链路的光缆，并且每根光缆能够包括捆在一起的四根光纤。这些光纤能够包括单模或多模光纤。因为光模块520包括两个独立交换机端口(即，交换机端口522和524)，所以配备有光模块520的交换机能够经由光模块520的两个交换机端口(即，交换机端口522和524)耦合到至少两个其他交换机。图5C也以虚线圆示出将光缆522或524耦合到光模块520的光接口528的连接器526的前视图。更具体地，连接器526能够包括两个单独的光纤连接器。在一些实施例中，光接口528能够包括SN、MDC或双工LC连接器，并且一个人能够基于位于光接口528上的光纤连接器的类型来选择连接器526。
图5D示出根据一个实施例的光模块的示例性输出配置。在图5D中，能够将耦合到光模块530的八根光纤分组成四个单独的组，其中每个光纤组形成独立交换机端口，诸如交换机端口532或534。更具体地，每个光纤组能够包括表示单个光链路的一对光纤。该对光纤内的每根光纤在一个方向上承载光信号。这些光纤能够包括单模或多模光纤。因为光模块530包括四个独立交换机端口，所以配备有光模块530的交换机能够经由光模块530的四个交换机端口耦合到至少四个其他交换机。图5D也以虚线圆示出将光纤对耦合到光模块530上的光接口538的连接器536的前视图。更具体地，连接器536能够包括单独的光纤连接器。在一些实施例中，光接口538能够包括SN、MDC或双工LC连接器，并且一个人能够基于位于光接口538上的光纤连接器的类型来选择连接器536。例如，如果光接口538包括四个SN连接器，则连接器536能够包括对应的SN连接器。
图6A图示根据一个实施例的多根光缆的示例性布置。在图6A中，光纤束602能够包括被分组成两个组的八根光纤(SMF或MMF)。每个组能够包括作为单独的光缆(例如，光缆604和606)捆在一起的四根光纤。四芯光纤连接器(例如，分组在一起的两个SN、MDC或双工LC连接器)能够附接到每根光缆的每个端。例如，四芯光纤光连接器608和610能够分别附接到光缆604的左端和右端。每个四芯光纤光连接器能够用于将对应的光缆的一个端耦合到光收发器模块的光接口。例如，连接器608和610分别能够耦合到光接口612和614。更具体地，光缆上的光连接器或光纤连接器与所对应的光接口匹配，使得光连接器能够与所对应的光接口配合以实现低损耗耦合。例如，如果光模块上的光接口是SN，则所对应的光缆上的光连接器将是SN连接器。注意，在现实生活实现方式中，光纤束602能够在它在每个端扇出以允许单独的光缆耦合到不同交换机之前被作为单个束保持在一起。这能够减少数据中心中的悬挂电缆的数量。
在一些实施例中，光模块能够包括八芯光纤光接口，从而允许最多八根光纤同时地耦合到光模块。通过以类似于图6A所示的方式将耦合到同一光模块的八根光纤组装成两根单独的光缆并且通过将单独的连接器附接到光缆上，一些实施例给单个光模块提供耦合到两个其他光模块的能力，而不用对光模块上的光接口的设计做任何改变。如果单个光模块属于特定交换机，并且两个其他光模块属于两个其他不同交换机，则此特定光纤布置现在能够允许该特定交换机耦合到两个其他不同交换机，从而增加由交换机形成的网络的规模。
图6B图示根据一个实施例的多根光缆的示例性布置。在图6B中，光纤束622能够包括被分组成四个组的八根光纤(SMF或MMF)。每个组能够包括作为单独的光缆(例如，光缆624和626)捆在一起的两根光纤。两芯光纤光连接器(例如，SN、MDC或LC连接器)能够附接到每根光缆的每个端。例如，两芯光纤光连接器628和630能够分别附接到光缆624的左端和右端。每个两芯光纤光连接器能够用于将对应的光缆的一个端耦合到光收发器模块上的光接口。例如，连接器628和630能够分别耦合到光接口632和634。通过将八根光纤组装到四根单独的光缆中并且通过将单独的光连接器附接到光缆的各端上，一些实施例允许光纤束622的每个端耦合到最多四个其他光模块，因此，耦合到最多四个其他交换机。
在一些实施例中，在交换机上配备的光模块可以具有多纤推拉式(MPO)接口，其中多根光纤能够经由MPO接口耦合到光模块。此外，为了将多根光纤分组成单独的组，能够采用附加MPO连接器。图7A示出根据一个实施例的光模块的示例性输出配置。在图7A中，光模块700具有MPO接口702。具有MPO连接器704的光纤束能够经由MPO接口702和MPO连接器704耦合到光模块700。在一些实施例中，MPO连接器704可以是16芯光纤MPO连接器并且光纤束能够包括被单独地包含在其光纤护套中的16个SMF或MMF。
为了实现由光模块支持的期望数量的交换机端口，在一些实施例中，能够将单独的光纤束分成多个组。在图7A所示的示例中，16根光纤已被分成两个组，其中每个组包括8根光纤。每组八根光纤也能够耦合到第二级MPO连接器(例如，八芯光纤MPO连接器706或708)，从而允许这些16根光纤经由其MPO连接器耦合到其他光模块。注意，每个组中的八根光纤也能够被划分成两个子组，其中每个子组在一个方向上承载信号。在一些实施例中，MPO连接器706和708能够具有与MPO连接器704的性不同的性。例如，如果MPO连接器704是公的，则MPO连接器706和708可以是母的，从而允许具有公连接器的光缆耦合到MPO连接器706和708。通常，MPO连接器704-708能够充当将16芯光纤MPO接口702转换为两个八芯光纤MPO接口706和708的转换器。
如一个人能够在图7A中看到的，光模块700现在包括两个单独的端口(即，MPO连接器706和708)，从而允许光模块700耦合到最多两个其他光模块。换句话说，配备有光模块700的交换机能够经由MPO连接器704、706和708耦合到最多两个其他交换机。在此示例中，高光纤数至低光纤数MPO转换器(其包括MPO连接器704-708)允许光模块具有两个独立输入/输出，从而使光模块有可能耦合到最多两个其他光模块。
图7B示出根据一个实施例的光模块的示例性输出配置。在图7B中，光模块720具有MPO接口722。具有MPO连接器724的光纤束能够经由MPO接口722和MPO连接器724耦合到光模块720。在一些实施例中，MPO连接器724可以是16芯光纤MPO连接器并且光纤束能够包括16个SMF或MMF。附接到MPO连接器724的16根光纤能够被分组成四个组，其中每个组包括四根光纤。第二级MPO连接器(例如，四芯光纤MPO连接器726或728)能够附接到每个组的另一端。除了四芯光纤MPO连接器之外，也能够在每个四芯光纤组的另一端使用其他类型的连接器，诸如一对双工LC或SN连接器。在图7B所示的示例中，包括16芯光纤MPO连接器和四个四芯光纤连接器的转换器允许光模块具有四个独立交换机端口，从而使光模块有可能耦合到最多四个其他光模块。
图8A图示根据一个实施例的多根光缆的示例性布置。在图8A中，光纤束802能够包括被分组成两个组的十六根光纤(SMF或MMF)。每个组能够包括作为单独的光缆(例如，光缆804和806)捆在一起的八根光纤。八芯光纤MPO连接器能够附接到每根光缆的每个端。例如，八芯光纤MPO连接器808和810能够分别附接到光缆804的左端和右端。每个八芯光络MPO连接器能够将光缆耦合到光收发器模块上对应的MPO接口。
图8B图示根据一个实施例的多根光缆的示例性布置。在图8B中，光纤束822能够包括被分组成四个组的十六根光纤(SMF或MMF)。每个组能够包括作为单独的光缆(例如，光缆824和826)捆在一起的四根光纤。四芯光纤光连接器(例如，MPO或四路LC连接器)能够附接到每根光缆的每个端。例如，四芯光纤MPO连接器828和830能够分别附接到光缆824的左端和右端。每个四芯光纤光连接器能够方便光缆与对应的光收发器模块之间的耦合。通过将16根光纤组装到四根独立光缆中，一些实施例允许一个光模块耦合到最多四个其他光模块，从而将网络的规模增加四倍。
图9呈现根据一个实施例的图示用于建立数据中心网络的示例性过程的流程图。在操作期间，能够选择高性能数据中心交换机(操作902)。交换机能够被配备有许多光收发器模块，这些光收发器模块通常符合标准形状因数(例如，SFP、QSFP、QSFP-DD、OSFP等)。光收发器模块的PMD类型可以是SR8、DR4或SR4.2。光收发器模块上的光接口可以是SN、MDC或MPO。每个光接口可以允许耦合许多根单独的光纤。例如，光模块能够允许最多16根单独的光纤(SMF或MMF)耦合到其光接口。能够经由SN、MDC或MPO类型的光接口实现光纤与光模块之间的耦合。
继选择交换机之后，一个人能够将许多根单独的光缆耦合到交换机上的一个或多个光模块(操作904)。在一些实施例中，多根光缆能够耦合到单个光模块。每根光缆能够包括单根光纤或多根光纤束。例如，每根光缆包括四根单独的光纤的两根光缆能够耦合到具有八芯光纤光接口的光模块。取决于光收发器模块上的接口的类型，每根光缆可以被配备有适当的光连接器。例如，如果光收发器模块具有SN或MDC类型的光接口，则每根光缆将具有SN或MDC连接器。例如，如果光模块具有八芯光纤SN接口，则两根光缆能够各自具有四芯光纤双SN连接器以用于插入到光模块上的SN接口中。在不同示例中，四根光缆能够耦合到光模块上的八芯光纤SN接口，其中每根光缆具有SN连接器。另一方面，如果光收发器模块具有MPO接口，则每根光缆也能够具有MPO连接器，但是光纤数更小。类似于由图7A所示的MPO连接器704-708形成的转换器的MPO转换器能够方便光缆与光收发器模块之间的耦合。
继将多根光缆耦合到交换机上的每个光模块之后，一个人能够根据预定交换机互连图将每根光缆的另一端耦合到另一级上的不同交换机(操作906)。例如，每个交换机端口(即，每根单独的光缆)能够使用三元组(ia,ja,ka)来标记，其中下标a指定交换机级，而i、j和k分别指定交换机编号、光模块编号和光缆编号。在一些实施例中，存在两个交换机级。上级上的特定交换机端口(例如，端口(i1,j1,k1))的光缆能够耦合到下级上的预定交换机端口(例如，端口(i2,j2,k2))。更具体地，能够基于以下公式确定下级端口：
Figure BDA0003239750150000141
继将所有单独的光缆从一个交换机耦合到下一级上的不同交换机之后，一个人能够确定所有交换机是否都已连接(操作908)。如果否，则选择不同交换机(操作902)并且过程重复，直到每一交换机已连接到最大数量的其他交换机为止。
通常，本发明的实施例提供了用于在不用对交换机架构以及光收发器模块做出改变的情况下通过增加由每个交换机支持的交换机端口的数量来扩大数据中心网络的规模的解决方案。更具体地，为了增加每个交换机的端口的数量，一些实施例允许多个独立光缆耦合到单个光模块，其中每根光缆表示单独的交换机端口。独立光缆能够被路由到其他不同交换机，从而将该交换机连接到那些其他交换机。因为耦合到交换机的光缆的数量能够大于交换机上的光模块的数量，所以与单根光缆耦合到每个光模块的常规方法相比，一些实施例能够显著地增加每交换机的端口的数量，因此，增加网络的规模。在存在两级交换机的特定场景中，两个级的交换机端口当中的耦合能够遵循预定图案，这能够确保每个交换机耦合到最大数量的其他交换机，同时使总电缆长度保持短。光收发器模块能够采用各种类型的光接口。因此，光缆可以采用不同类型的光连接器。本公开的范围不受由每根光缆使用的特定类型的连接器限制。
已经仅出于图示和描述的目的呈现了各种实施例的前面的描述。它们不旨在为详尽的或者将本发明限于所公开的形式。因此，许多修改和变化对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。附加地，上述公开不旨在限制本发明。本文描述的实施例的范围由所附权利要求限定。

Claims (20)

1.一种通信系统，包括：
第一交换机，其中所述第一交换机包括一个或多个光收发器模块；以及
多根独立光缆，所述多根独立光缆耦合到所述第一交换机的相应的光收发器模块。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述相应的光收发器模块包括以下各项中的一个或多个：
基于SN的光接口；
基于MDC的光接口；以及
多纤推拉式(MPO)光接口。
3.根据权利要求2所述的通信系统，其中所述相应的光收发器模块包括多个基于SN或MDC的接口，并且其中相应的光缆分别包括用于将所述相应的光缆耦合到所述光收发器模块的基于SN或MDC的连接器。
4.根据权利要求2所述的通信系统，其中所述相应的光收发器模块包括MPO光接口，并且其中相应的光缆包括用于将所述相应的光缆耦合到所述光收发器模块的MPO连接器或双工LC连接器。
5.根据权利要求2所述的通信系统，其中所述相应的光收发器模块包括MPO光接口，并且其中相应的光缆能够经由MPO转换器耦合到所述MPO光接口，所述MPO转换器将较高光纤数MPO接口转换为较低光纤数MPO接口的。
6.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述多根独立光缆中的每一根耦合到所述通信系统中的不同交换机。
7.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述通信系统中相应的交换机具有256×50Gbps(吉比特每秒)或512×50Gbps的输入/输出(I/O)容量。
8.根据权利要求7所述的通信系统，其中所述相应的光模块具有200Gbps(吉比特每秒)或400Gbps的速度。
9.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述第一交换机包括N个光收发器模块，其中每个光收发器模块耦合到M根独立光缆，并且其中所述第一交换机耦合到所述通信系统中的M×N个其他交换机。
10.根据权利要求9所述的通信系统，其中所述通信系统包括至少两级交换机；其中所述第一交换机在第一级上并且所述第一交换机的下行链路上相应的端口使用三元组(i1，j1,k1)来标记，其中i、j、k分别表示交换机序号、光模块序号和端口序号；并且其中所述端口(i1,j1,k1)耦合到属于第二级上的第二交换机的上行链路的端口(i2,j2,k2)，其中i2＝j1*M+k1，j2＝i1％M，并且k2＝mod(i1,M)。
11.一种用于在数据中心网络中的交换机当中耦合的耦合机制，包括：
耦合到相应的交换机的相应的光收发器模块的多根独立光缆，其中所述多根独立光缆耦合到所述数据中心网络中的许多不同交换机。
12.根据权利要求11所述的耦合机制，其中所述相应的光收发器模块包括多个基于SN或MDC的接口，并且其中相应的光缆分别包括用于将所述相应的光缆耦合到所述光收发器模块的基于SN或MDC的连接器。
13.根据权利要求11所述的耦合机制，其中所述相应的光收发器模块包括MPO光接口，并且其中相应的光缆包括用于将所述相应的光缆耦合到所述光收发器模块的MPO连接器或双工LC连接器。
14.根据权利要求11所述的耦合机制，其中所述相应的交换机包括N个光收发器模块，其中每个光收发器模块耦合到M根独立光缆，并且其中M×N根独立光缆用于将所述相应的交换机耦合到所述数据中心网络中的M×N个其他交换机。
15.根据权利要求14所述的耦合机制，其中所述数据中心包括至少两级交换机；其中第一级的下行链路上相应的端口使用三元组(i1,j1,k1)来标记，其中i、j、k分别表示交换机序号、光模块序号和端口序号；并且其中所述耦合机制被配置为使得所述端口(i1,j1,k1)耦合到属于第二级的上行链路的端口(i2,j2,k2)，其中i2＝j1*M+k1，j2＝i1％M，并且k2＝mod(i1,M)。
16.一种用于在数据中心网络中的交换机当中耦合的方法，所述方法包括：
选择交换机；
将多根独立光缆的第一端耦合到所述选择的交换机上相应的光收发器模块；以及
将所述多根光缆的第二端耦合到所述数据中心网络中的多个其他交换机。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述相应的光收发器模块包括多个基于SN或MDC的接口，并且其中将相应的光缆的第一端耦合到所述相应的光收发器模块包括将所述相应的光缆上的基于SN或MDC的连接器分别耦合到所述相应的光收发器模块上对应的基于SN或MDC的接口。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述相应的光收发器模块包括MPO光接口，并且其中将相应的光缆的第一端耦合到所述相应的光收发器模块包括将所述相应的光缆上的MPO连接器或双工LC连接器耦合到所述MPO光接口。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述选择的交换机包括N个光收发器模块，其中所述方法还包括：
将M根独立光缆耦合到每个光收发器模块；以及
将所述选择的交换机耦合到所述数据中心网络中的M×N个其他交换机。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述数据中心包括至少两级交换机；其中第一级的下行链路上相应的端口使用三元组(i1,j1,k1)来标记，其中i、j、k分别表示交换机序号、光模块序号和端口序号；并且其中所述方法还包括将所述端口(i1,j1,k1)耦合到属于第二级的上行链路的端口(i2，j2,k2)，其中i2＝j1*M+k1，j2＝i1％M，并且k2＝mod(i1,M)。
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