技术干货：将中央办公室重新架构为数据中心

　　本文作者：Robert Reid 和 John Shuman

　　Meet Me Room (MMR)是出租型数据中心中一个划分专属区域，位置在ER之后，各个Cage之前。为用户和电信运营商或ISP之间提供一个进行连接的独立空间。

　　电信运营商明白，他们必须不断对其网络进行现代化改造，才能保持或成为行业领导者。在过去十年中，收入停滞不前，流量需求呈指数级增长，而在 COVID-19 大流行期间在家工作的人更是加剧了这种情况。这种压力加速了CORD技术的电信中央办公室(CO)中的采用。

　　CORD(central office rearchitected as a data，中央办公室重新设计为数据中心)，CORD 就是结合SDN+NFV+云计算(OpenStack)，将传统电信端局改造为数据中心(DC)的开源项目，该项目由ONF社区管理。CORD的运营商场景又可细分为分为家庭接入业务(R-CORD)、企业业务(E-CORD)和移动业务(M-CORD) 。

　　对于他们中的许多人来说，将他们的 CO 转变为数据中心是挖掘新业务潜力的机会。通过将现有的 CO 重新配置为低延迟边缘计算“cloudlet”(微云)和托管多租户数据中心 (MTDC)，CORD 计划努力用更灵活、基于软件的元素替换过去的专用硬件，并在这样做的过程中确保传统运营商CO成为更大的云战略的组成部分，为客户提供弹性、低延迟的网络服务。

　　“最后一公里”是一个激烈竞争的舞台，超大规模和托管服务提供商处于领先地位。为了应对这些挑战，运营商必须了解如何将中央办公室转变为现代化数据中心，配备易于配置、升级和敏捷的现代化设备。

　　随着边缘网络直接连接到云，通过软件定义网络 (SDN) 和网络功能虚拟化 (NFV) 将云经济引入中央办公室对于运营商的持续成功至关重要。

　　本文将介绍 CORD 的价值主张、应用、优势、所需技术以及标准 CO 与已转换为数据中心的 CO 之间的物理差异。

　　CORD的价值主张

　　将传统的 CO 转变为现代数据中心，运营商可以通过提供新服务(例如多租户租赁空间、  Metro服务和云连接)来带来新的收入来源，基本上模仿了过去二十年托管数据中心所做的事情。

　　然而，除了提高生产力之外，运营商进行现代化改造的动机是明确而切实的。从资本、运营和设施成本的角度来看，与 IP 网络相比，维护公共交换电话网络 (PTSN) 的成本相当可观;此外，电信设备发展缓慢，升级困难。

　　在过去的 40 到 50 年里，许多 CO 并没有挂太多。他们通常拥有多达 300 种不同类型的设备，这是运营费用 (opex) 和资本费用 (capex) 的巨大来源。通过 SDN 和 NFV 将云经济学引入 CO 将降低成本并增加收入流，但需要进行重大的基础设施转型。

　　从基于铜线的中央办公室迁移到基于光纤的中央办公室还使运营商能够缩小设备和物理工厂的占地面积，从而腾出空间来添加更多服务器和存储机架，并可能增加一些客户空间和机架。

　　将传统 CO 转换为下一代 CO/CORD 部署的最大挑战是安全性、电源和带宽监控以及布线基础设施。在这些领域中的每一个，CO 运营商都必须在前进的过程中实施变革，以有效地运行 MTDC。

　　重要的是要记住，在将 CO 转换为 CORD 时，IP 网络布线需要遵守一组不同的标准(TIA 而不是 WECO)。

　　安全

　　在传统的 CO 中，安全性相对简单，因为只有一家企业可以进入大楼，并且受到严格控制。CORD 部署必须容纳需要访问 CO 数据中心才能在其设备上工作的多个客户。通常，MTDC 使用六层安全性。

　　第一层是外围，通常由整个物业周围的围栏组成，配有摄像头和入口门。

　　第二层是外部公共空间，使用摄像头和传感器监控建筑物外部的停车场和公共空间。

　　第三层是安全接待区。该区域是租户登记入住、提供带照片的身份证件、确认其身份并获得访问许可的地方。

　　第四层是人员隔栏，在这个区域，每次打开一扇门会减慢进入/退出的速度。

　　第五层是数据中心机房的门，允许进入数据中心机房。通常具有IC卡或生物识别访问控制。

　　第六层是数据中心机柜上的上锁门，可防止不受限制地访问机柜中的设备。

　　电源监控

　　在传统的电力监控系统中，电力监控通常发生在建筑物入口处或直流配电处。它们通过电池配电、熔断器和电池配电断路器来限制自己的直流电源。

　　Colo 设施要求数据中心运营商以更高的粒度监控电力，以确保所使用的电力水平是他们同意提供给最终客户的电力水平。通常，电力在客户连接级别进行监控，这可能是机柜或机箱的馈电。此外，电源将变为主要使用交流电，使用不间断电源 (UPS)，该电源将电池装置与相关的开关设备面板和断路器结合在一起。

　　带宽监控

　　带宽监控对于 CO 运营商来说并不是一个新概念，但仍需要进行调整，以便获得更多详细信息。在传统的 CO 中，带宽被监控到房间或分配交换机级别。在下一代 CO/MTDC 中，需要将带宽监控到接入交换机端口级别，以便准确地向租户计费他们正在使用或推送到网络上的带宽量。百分之九十五的带宽测量是测量数据中心内带宽的行业标准。

　　对于这些领域中的每一个，服务升级都会带来额外的收入来源。

　　过渡传统电信设备

　　由于 CORD 旨在满足低延迟需求，因此 CO 将需要过渡到更多类似数据中心的设施。网络架构的演进将导致当前 CO 使用的空间量减少 30% 到 50%，新的 CO 基础设施将更加数据中心和企业化。

　　有源和无源组件都将受到新 CORD 架构的影响，包括对新电缆、连接器和附件的要求。网络管理成本的降低和性能的提高是从传统电信设备过渡到数据中心类设备的关键驱动因素，其中包括机架和机柜、冷却基础设施、电力基础设施、灭火以及接地和连接。

　　冷却

　　由于其中电信设备的高耐受性，CO 最初设计为具有最小的冷却。由于传统的电信设备被普通服务器所取代，冷却方式需要遵循数据中心的标准。在 CORD 环境中，需要使用冷冻水和制冷剂冷却系统等数据中心冷却方法来解决使用较低温度的高热负荷情况。需要添加战略性放置的冷却设备，例如冷水机或机房空调 (CRAC) 或机房空气处理器 (CRAH) 装置，并且运营商需要找出制冷剂系统。

　　电力基础设施

　　随着 CO 转变为数据中心，电力基础设施也需要改变。CO 最初是使用 48 V DC 电源设计的，该电源由电池厂提供支持，可以在没有公用电源的情况下支持超过 48 小时。

　　为了达到所需的性能，CORD 转换需要转向使用交流电源，这是为数据中心设备供电所需的主要电源，由电池厂和发电机支持，可以在没有公用电源的情况下支持超过 48 小时。

　　CORD 部署将处理对延迟敏感的各种关键任务应用程序。断电，即使是几秒钟，也可能造成巨大损失，因此下一代 CO 必须提供可靠、不间断的电源，以防止可能导致运营中断的停机时间。这将要求运营商添加带有备用电池的 UPS(以提供短期电力以弥补公用电力损失和发电机电力激活之间的差距)，这将需要进行监控。

　　此外，下一代 CO 通常将使用数据中心配电单元 (DCDU)、大型工业配电单元 (PDU) 从 UPS 获取电力并将电力从 480 伏交流电转换为 400 伏交流电以获取更新的数据中心，或 208 伏交流电用于较旧的。

　　远程电源面板 (RPP) 是用于数据中心的断路器面板，可灵活地切断或恢复各个电路的电源并减轻破坏性浪涌，而机柜配电单元 (CPDU) 用于将电源分配给内部的 IT 设备每个柜子。在典型操作期间，每个 CPDU 承载不超过 50% 的 IT 负载以提供冗余(A + B 馈电)，以防配电设备发生故障。

　　灭火

　　传统的电信灭火无法满足更现代数据中心的密集覆盖需求。数据中心通常不仅仅使用水来灭火，例如带有喷水器的干式充电系统，双级，具有更密集的发射器布局。

　　混合系统还可以使用气体型化学品，例如 FM2000 的 Halon，以及在高压下以细雾形式排放的介电流体，而不是像水基系统那样的喷雾。

　　优化布线基础设施

　　布线对数据中心的性能至关重要。有多种方法可以优化 CO 布线基础设施以及需要注意的潜在问题。无论是不适合应用的电缆类型、极性反接，还是物理安装和电缆管理/保护不佳，布线基础设施实施不当都会影响冷却，可能会增加停机时间，并可能影响设备的长期生存能力数据中心电缆厂。有关数据中心电信基础设施最低要求的更多信息，请参阅 ANSI/TIA-942-B 标准。

　　CO 的设计人员应考虑使用最高等级的铜缆或光纤(单模和多模)电缆，以满足当今和未来的应用。使用旧式电缆的经济性可能很诱人，但可能会导致安装时间增加和长期可靠性问题，因为一些旧式光缆无法承受当今 CO 所需的减小弯曲半径。总的来说，下一代 CO 正在发展远离铜线以获得更高速的通道，转而使用光纤，因为铜线根本无法在所需范围内支持高数据速率。在网络的各个层面，新一代的叶/脊结构和高速服务器接口对当今网络的物理层提出了更高的要求。

　　让我们看看需要升级布线基础设施的领域。

　　会面室 (MMR)/入口设施

　　带有运营商酒店的传统托管数据中心使用会见室 (MMR) 来控制和管理数据中心内客户对客户和电信提供商对客户的连接。客户可以是机箱或私人机架客户，他们将从他们的空间连接到托管数据中心运营商管理请求连接的 MMR。

　　电信提供商也与 MMR 建立连接，以提供转接连接。通常，在 MMR 中使用单模光纤，并安装交叉连接以提供服务客户机箱或专用机架。

　　数据中心

　　中央办公室正在成为所谓的云内核的着陆点。随着运营商从传统的 CO 迁移到 CORD 部署，连接将从铜缆转向有源光学解决方案和传统的光纤结构化布线，以跟上数据速率。

　　提供商将在统一边界中放置一个“他们的云内核”，使用叶脊架构连接特定应用程序，以支持移动、5G和GPON。现在的接入网速度可能是2.5 Gbits/s，但将来会发展到10G、40G，甚至100G。运营商使用服务器吊舱来推动服务/应用更接近边缘。

　　云和边缘数据中心一直在将结构串行通道速率升级到 400 Gbits/sec(从 2019 年起)，并为一些多模评估极短距离 (VR) 低成本、基于多模光纤(<100 米)的解决方案切换接口。

　　类别布线、直连铜缆 (DAC) 布线和有源光缆 (AOC) 目前是当前服务器网络接口卡 (NIC) 通道速率(10 或 25)下交换机到服务器互连的成本最低的“固定”选项千兆位/秒)。随着 400G 多模光纤 VR SR8 光学器件作为低成本选择主流化，而 DR4 用于短距离，这些将转向 50G NIC，并最终转向 100G。

　　铜缆

　　TIA 和 ISO 标准组电缆和连接硬件分为不同的性能类别。这些标准规定了每个类别的固有带宽和数据速率能力。

　　各类双绞铜缆的带宽限制和适用的以太网数据速率。

　　这些规格包括电气性能参数，并在特定电气频率范围或带宽内进行测试。

　　应用范围

　　目前在 CO 中使用了几种类型的铜缆，包括 DAC 电缆，它的每一端都有工厂端接的收发器连接器。DAC 电缆用于连接网络设备——通常是交换机、路由器和其他网络设备，以及将服务器连接到交换机或存储设备。DAC 电缆由屏蔽铜电缆构成，通常范围为 24 至 30 AWG。它们通常与 ToR 连接一起使用，但随着 CO 接近 50G，运营商将需要从在 25G 时只能支持 5 米或更短的 DAC 转移到 AOC。

　　用于各种铜线布线系统的两个连接器通道的预期范围(以米为单位)。

　　光纤接入关键点

　　应选择今天部署的光纤布线系统以支持未来的数据速率应用，例如 100G/400G 以太网和大于或等于 32G 的光纤通道。

　　几种公认的水平光纤布线介质解决方案适用于 CORD 实施。

　　850 纳米激光优化的 50/125 微米多模光纤电缆 OM3 或 OM4 (ANSI/TIA-568.3-D)，推荐使用 OM4;OM5 光纤解决方案支持 40G 和 100G 短波波分复用 (SWDM) 应用。这些光纤提供数据中心结构化布线安装通常所需的高性能和扩展范围。

　　单模光纤电缆 (ANSI/TIA-568.3-D)

　　各类多模和单模电缆的带宽限制，以及适用的以太网数据速率。

　　AOC 在每一端都有工厂端接的收发器连接器，用于互连网络设备——通常是交换机、路由器和其他网络设备——以及将服务器连接到交换机或存储设备。AOC 是固定长度的电缆，可以实现更长的距离，一般可达 100 米。随着运营商转向叶脊架构和更高的数据速率，AOC 将取代 DAC 以适应行尾 (EoR) 和行中间 (MoR) 设计。DAC 比 AOC 体积大，通路拥挤，并且与光纤相比更难弯曲/布线。此外，DAC 太短，无法支持 MoR 架构。

　　对速度的不断增长的需求会导致产能紧缩，这推动了 CO 的发展。因此，CO 中的光纤数量呈指数增长。过去干线通常包含 72 或 144 根光纤，而现在它们已达到 288 根或更高。

　　支持基于 pod 的叶脊架构的布线

　　随着从分层星型到叶脊架构的变化，铜缆和光纤布线基础设施发生了变化，基于从 ToR 到 EoR 或 MoR 叶脊部署的过渡。借助具有更高吞吐量和 Radix(通道速率和数据速率的乘积)计数的交换机，单个交换机可以管理更多服务器。这意味着 CO 运营商可以选择从 1:1 ToR 交换机到机架配置转移到使用基于机箱的高 Radix 交换机的更具成本效益的 MoR 或 EoR 模式。

　　不同光纤类型的应用范围

　　在一种设计方案中，叶子交换机放置在 MoR/EoR 机柜中，并使用 SR4 收发器/多模布线或 AOC 连接到整排的 ToR 接入交换机(或直接连接到服务器以进行较小的部署)。MoR 和 EoR 部署都可能需要 15 到 30 米的布线距离才能到达行中的 ToR 交换机(或服务器)，因此，类别布线对于 10G 以上的数据速率是不实用的。

　　主干交换机折叠成一个远程中间配线架 (IDF) 行，并且可以通过多模 SR4 光学器件或更长距离的单模光学器件(如 DR4)互连到叶交换机。

　　MTDC CORD 的典型硬件将是客户/OEM 特定服务器和存储的集合，由客户/OEM 特定交换机的叶脊结构互连。许多第三方系统集成商根据租户自己的规范以“机架式”配置构建完整的安装就绪(带有软件)的服务器吊舱，尽管一些租户可能会建立自己的 LS 结构，带有离散的交换服务器机柜，用于连接到 CO 网络。

　　SR8 使能转换

　　虽然今天大多数交换机端口的速度为 100 Gbits/sec 或更低，但预计到 2025 年，超过 60% 的交换机端口将达到 100 Gbits/sec 或更高。从服务器到网络的更高上行链路速度也满足了交换机端口速度的这种增长。服务器连接速度也从 1 或 10 Gbits/sec 过渡到 25 Gbits/sec 及以上。虽然当今大多数数据中心的服务器和交换机之间的连接速度为 1G 或 10G，但预计到 2025 年，面向交换机的 60% 端口的速度将超过 10G，其中 25G 占近 30%的互连速度。

　　为了满足更高的带宽要求，开关芯片必须通过增加开关基数或通道带宽来扩展。在过去的 9 年中，交换机 Radix 从 64x10G 增加到 128x25G，现在增加到 256x50G，并且很快增加到 256x100G。

　　多个物理基础设施选项可以支持叶脊架构

　　服务器连接速率可以通过根据结构化布线的需要将多个 SR8 端口组合在一起来选择，并且随着通道速率的增加，这种布线变得可迁移。该行业正在向 100G 的 256 条通道发展，主要是因为它节省了空间。这些通道可以折叠成一个基于机箱的交换机，并集中在 EoR、MoR 或数据中心的其他位置，远离服务器。

　　400G SR8 技术是交换机到服务器互连的一个引人注目的解决方案，因为它可以在 8 路“分支模式”中使用，以支持从单个 SR8 400G 交换机端口的 50G 服务器 NIC，并在未来从一个 100G/200G SR8 800G/1.6T 交换机端口。

　　毫无疑问，在支持“最后一公里”的竞赛中，CO 运营商处于有利地位，可以进入这个有利可图的机会。通过将现有的中央办公空间重新利用为可以支持新应用和服务的数据中心，电信公司可以扭转收入下滑的局面，重用现有设施，并在这个新兴环境中变得具有竞争力。难怪根据 IHS Markit 的数据，在全球最大的服务提供商中，至少有 70% 正在推进部署 CORD 的计划。