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光纤科技前沿:三层网络结构与脊叶两层网络结构的对比

2016-12-21 14:27:18 点击数:

  相较于传统企业数据中心基于本地数据的架构,用于支持云计算的大型互联网数据中心的网络流量大大增加。这些数据中心的用户数量庞大需求多样化碎片化,并且希望获得无延时的用户体验。例如,大量用户在短时间内对在线音乐,视频,游戏以及网络购物等的突发性大流量需求都需要互联网数据中心具有更高的带宽和更加有效的网络架构。

  目前主流的三层树形网络结构都是基于纵向(南北向)传输模式。例如一台服务器需要与不在同一网段上的服务器进行通信时,必须通过接入层-汇聚层-核心层-汇聚层-接入层的路径。这种方式在面对像需要成千上万服务器相互通信的云计算这样的大数据业务时就不是一种有效的方式,不但系统带宽会被大量消耗,还会造成不可预计的延时,从而形成网络阻塞。因此近年来全球大型互联网数据中心越来越多的采用更加便于横向数据传输(东西向)的脊叶两层(Spine-leaf)网络结构(如图1所示)。这种网络结构主要由脊交换层和叶交换层两部分组成。其最大的特点就是每一个叶交换节点都与每一个脊交换节点相连,从而大大提高了不同服务器间的通信效率降低了延时。此外,采用脊叶两层网络结构可以不必采购价格昂贵的核心层交换设备,并且可以更便于根据业务的需要逐渐增加交换机和网络设备进行扩容,有效节省初期投资。

光纤资料大全之光纤分类

从材料角度分

按照制造光纤所用的材料分类,有石英系光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层石英芯光纤、全塑料光纤和氟化物光纤等。

  塑料光纤是用高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)制成的。它的特点是制造成本低廉,相对来说芯径较大,与光源的耦合效率高,耦合进光纤的光功率大,使用方便。但由于损耗较大,带宽较小,这种光纤只适用于短距离低速率通信,如短距离计算机网链路、船舶内通信等。目前通信中普遍使用的是石英系光纤。

按传输模式分

  按光在光纤中的传输模式可分为:单模光纤和多模光纤。

  多模光纤的纤芯直径为50~62.5μm,包层外直径125μm,单模光纤的纤芯直径为8.3μm,包层外直径125μm。光纤的工作波长有短波长0.85μm、长波长1.31μm1.55μm。光纤损耗一般是随波长加长而减小,0.85μm的损耗为2.5dB/km,1.31μm的损耗为0.35dB/km1.55μm的损耗为0.20dB/km,这是光纤的最低损耗,波长1.65μm以上的损耗趋向加大。由于OHˉ的吸收作用,0.90~1.30μm1.34~1.52μm范围内都有损耗高峰,这两个范围未能充分利用。80年代起,倾向于多用单模光纤,而且先用长波长1.31μm

多模光纤

  多模光纤(Multi Mode Fiber):中心玻璃芯较粗(5062.5μm),可传多种模式的光。但其模间色散较大,这就限制了传输数字信号的频率,而且随距离的增加会更加严重。例如:600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此,多模光纤传输的距离就比较近,一般只有几公里。

单模光纤

  单模光纤(Single Mode Fiber):中心玻璃芯很细(芯径一般为910μm),只能传一种模式的光。因此,其模间色散很小,适用于远程通讯,但还存在着材料色散和波导色散,这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求,即谱宽要窄,稳定性要好。后来又发现在1.31μm波长处,单模光纤的材料色散和波导色散一为正、一为负,大小也正好相等。这就是说在1.31μm波长处,单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来看,1.31μm处正好是光纤的一个低损耗窗口。这样,1.31μm波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口,也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。1.31μm常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟ITUTG652建议中确定的,因此这种光纤又称G652光纤。

最佳传输窗口为依据

按最佳传输频率窗口分:常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。

常规型:光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上,如1300μm

色散位移型:光纤生产厂家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上,如:1300μm1550μm

  我们知道单模光纤没有模式色散所以具有很高的带宽,那么如果让单模光纤工作在1.55μm波长区,不就可以实现高带宽、低损耗传输了吗?但是实际上并不是这么简单。常规单模光纤在1.31μm处的色散比在1.55μm处色散小得多。这种光纤如工作在1.55μm波长区,虽然损耗较低,但由于色散较大,仍会给高速光通信系统造成严重影响。因此,这种光纤仍然不是理想的传输媒介。

  为了使光纤较好地工作在1.55μm处,人们设计出一种新的光纤,叫做色散位移光纤(DSF)。这种光纤可以对色散进行补偿,使光纤的零色散点从1.31μm处移到1.55μm附近。这种光纤又称为1.55μm零色散单模光纤,代号为G653G653光纤是单信道、超高速传输的极好的传输媒介。现在这种光纤已用于通信干线网,特别是用于海缆通信类的超高速率、长中继距离的光纤通信系统中。

  色散位移光纤虽然用于单信道、超高速传输是很理想的传输媒介,但当它用于波分复用多信道传输时,又会由于光纤的非线性效应而对传输的信号产生干扰。特别是在色散为零的波长附近,干扰尤为严重。为此,人们又研制了一种非零色散位移光纤即G655光纤,将光纤的零色散点移到1.55μm 工作区以外的1.60μm以后或在1.53μm以前,但在1.55μm波长区内仍保持很低的色散。这种非零色散位移光纤不仅可用于现在的单信道、超高速传输,而且还可适应于将来用波分复用来扩容,是一种既满足当前需要,又兼顾将来发展的理想传输媒介。

  还有一种单模光纤是色散平坦型单模光纤。这种光纤在1.31μm1.55μm整个波段上的色散都很平坦,接近于零。但是这种光纤的损耗难以降低,体现不出色散降低带来的优点,所以目前尚未进入实用化阶段。

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