Layer 1 数据中心速查表

您使用 NVIDIA Spectrum 交换机和 LinkX 收发器实现 Web 规模的参考表。

借助配备 LinkX 线缆和光模块的 NVIDIA Spectrum 交换机，您可以构建一个 Web 规模的可扩展且高效的数据中心。通过在其上运行 Cumulus Linux 网络操作系统，您可以利用全球最大数据中心运营商所拥有的数据中心自动化技术。

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以一小部分成本构建像全球最大运营商一样的 Web 规模数据中心

Web 规模网络是构建网络的全新现代化方式。它让您能够访问智能软件，它是开放式和模块化的，并且使您能够轻松地自动化和扩展。

这份简短的指南提供了 NVIDIA 数据中心组件的参考。它包括 NVIDIA 以太网 Spectrum 交换机、LinkX Layer 1 产品和最常见的数据中心拓扑。

此外，您还可以在这里找到最常见的 Layer 1 术语和标准的解释。

数据中心术语

Clos - 一种多级网络架构，可优化带宽的资源分配。以 Charles Clos 的名字命名。
ToR - 机架顶部交换机，服务器连接到网络的位置。
Leaf - 也称为 ToR 或接入交换机。通常在指 Spine-Leaf 或 Clos 拓扑时使用。
Exit-Leaf - 连接到数据中心外部服务的 Leaf，包括防火墙、负载均衡器和互联网路由器。
Spine - 也称为聚合交换机、行末交换机或分配交换机。在 Spine-Leaf 或 Clos 拓扑中通常称为 Spine 交换机。
Super-Spine - 有时称为 Spine 聚合交换机、行末交换机或数据中心核心交换机。在三层 Clos 拓扑中通常称为 Super-Spine 交换机。
MLAG - 多机箱链路聚合。一对交换机在主动-主动架构中冗余运行并表现为单个逻辑交换机的能力。
Peerlink - 用于连接 MLAG 对中两台交换机的链路或绑定链路。
ECMP - 等价多路径路由。允许跨多个路由路径进行负载共享。
Layer 3 Fabric - 有时称为路由 Fabric。叶和 Spine 层之间具有 Layer 3 路由的网络。Layer 3 Fabric 允许 ECMP 增强叶-Spine 带宽。
OOB - 带外管理。一种较低速度（通常为 1Gbps 或更低）的网络，专用于基础设施管理，在高速叶和 Spine 网络之外。带外管理也是 1G 交换机管理接口的名称。
POD - 网络、存储和计算的单元，它们协同工作以提供网络服务。POD 是一种可重复的设计模式，可提供可扩展且更易于管理的数据中心。

常见数据中心架构

两层 Clos 架构（叶-Spine）

两层 Clos 或叶和 Spine 网络将每个叶连接到每个 Spine。Spine 之间没有连接。所有流量仅通过一个 Spine 交换机。在这种数据中心架构中，两个交换机级别使用路由 Fabric 连接。Spine 层由三个或更多交换机构建。通过在两层之间使用路由环境，消除了 Spine 上 MLAG 的需求，并允许在所有 Spine 之间进行等价多路径 (ECMP) 负载共享。使用 BGP-EVPN，可以通过使用 EVPN 多宿主 (EVPN-MH) 来消除 MLAG。这提供了双连接服务器冗余，同时消除了 MLAG 的复杂性。

三层 Clos 架构（叶-Spine-Super Spine）

对于更大的网络，可以逐步添加叶交换机，并在单个 POD 内与 Spine 层聚合。为了扩展数据中心并创建 POD，可以使用另一层标记为 Super-Spine 的交换机来聚合每个 POD 的 Spine 层。这种架构是三层 Clos 网络。

常见的主机到 ToR（叶）网络连接类型

MLAG

MLAG 是指两台交换机可以创建单个 LACP 或静态绑定，即使它们来自两个独立的设备。VRR（虚拟路由器冗余）使一对交换机能够充当高可用性 (HA) 和主动-主动服务器链接的单个网关。

EVPN 多宿主 (EVPN-MH)

EVPN 多宿主 (EVPN-MH) 是数据中心部署中专有 MLAG 协议的基于标准的替代方案。它提供全主动服务器连接，而无需 ToR 交换机之间的 Peerlink。
EVPN-MH 是基于标准的协议这一事实，使得与单个 BGP-EVPN 控制平面的多供应商互操作性成为可能。这种协议允许更轻松地部署数据中心，而无需理解和使用专有协议。

重分发邻居

重分发邻居守护程序动态监控 ARP 条目，以将这些 IP 地址重分发到 Fabric 中。当 MLAG 和 EVPN 不是服务器连接的可行替代方案时，重分发邻居非常有用。

NVIDIA Spectrum 系列数据中心交换机

本节包括数据中心部署中使用的所有 NVIDIA Spectrum 交换机外形尺寸

端口分拆配置

NVIDIA Spectrum 平台提供灵活的端口分拆选项，通过更少的端口/线缆利用率实现更高效的交换机到交换机或主机到交换机布线，同时提供与相同外形尺寸交换机相同的性能。

请在交换机端口属性页面查看所有平台的速度和分拆选项。

在 QSFP-to-SFP 适配器 (QSA) 的帮助下，单个 SFP (10/25/50G) 收发器可以用于 QSFP (100/200/400G) 端口。端口速度应通过 “nv set interface <interface> link speed <speed>” 命令设置为 SFP 速度。请勿将此端口配置为分拆端口。

超额认购计算

超额认购是主机带宽（下行链路）与网络容量（上行链路）之间的差异。这些计算是从 ToR 交换机的角度显示的。1:1 的超额认购率可确保没有网络瓶颈，但可能导致非高峰时段容量过剩。
理想的设计尝试接近 1:1 的超额认购率，但这完全取决于管理员需要的应用程序和容量。

Spectrum 产品组合提供阻塞式和非阻塞式 ToR 交换机。

使用更高容量的交换机（Spine/Super-Spine）作为 ToR 交换机，也可以提供 1:1 的超额认购率。

以太网光模块和线缆

本节包括数据中心内使用的 NVIDIA LinkX 光模块和线缆术语。LinkX 产品组合提供各种 DAC、AOC 线缆和光收发器，以提供最高效的数据中心元件互连和最佳性能。

收发器调制方案

100GbE 及以下使用不归零 (NRZ) 调制方案来传输流量。200GbE 及以上过渡到脉冲幅度调制 4 级 (PAM4) 调制方案。PAM4 使 NRZ 速率加倍，同时保持相同的 25GHz 时钟和低成本连接器。

NRZ 和 PAM4 信令彼此不兼容，因为 NRZ 基于 1 位/时钟，而 PAM4 基于 2 位/时钟。要连接两种具有不同调制类型的端，需要一个特殊的转换器。此转换器称为“齿轮箱”，它位于收发器或交换机系统内部。NVIDIA 提供包含内部齿轮箱的光收发器，并允许此类连接（例如，8x50G PAM4 到 4x100G NRZ）。

NRZ 调制速度使用 1、10 或 25G 的倍数时钟。
以下接口配置受 NRZ 支持

1GbE (1x1G)
10GbE (1x10G)
25GbE (1x25G)
40GbE (4x10G)
50GbE (2x25G)
100GbE (4x25G)

PAM4 调制速度 - 使用 50 或 100g 的倍数时钟。
以下接口配置受 PAM4 支持（高于 100G）

200GbE (4x50G)
400GbE (8x50G 或 4x100G)
800GbE (8x100G)

收发器外形尺寸

SFP+ - 小型可插拔增强型。SFP+ 支持使用 NRZ 信令的单通道 10 千兆以太网。

SFP28 - 小型可插拔 28。SFP28 支持使用 NRZ 信令的单通道 25 千兆以太网。

QSFP28 - 四通道小型可插拔 28。QSFP28 支持使用 NRZ 信令的四通道 25 千兆以太网 (4x25=100Gbp/s)。

SFP56 - 小型可插拔 56。SFP56 支持使用 PAM4 信令的单通道 50 千兆以太网。

SFP-DD - 小型可插拔双密度。SFP-DD 支持使用 PAM4 信令的双通道 50 千兆以太网链路 (2x50=100Gbp/s)。

QSFP56 - 四通道小型可插拔 56。QSFP56 支持使用 PAM4 信令的四通道 50 千兆以太网 (4x50=200Gbp/s)。

QSFP56-DD - 四通道小型可插拔双密度。QSFP56-DD 支持使用 PAM4 信令的八通道 50 千兆以太网链路 (8x50=400Gbp/s)。

收发器速度支持性

此表显示每种收发器类型支持的速度

速度	SFP+	SFP28	SFP56	QSFP+	QSFP28	QSFP56	QSFP56-DD
1G
10G
25G
40G
50G
100G
200G
400G

线缆和收发器类型

DAC - 直接连接铜缆。一种由收发器和线缆组合而成的线缆类型。

AOC - 有源光缆。一种类似于 DAC 的线缆类型，其中收发器和线缆组合在一起，但它使用多模或单模光纤而不是铜缆。与 DAC 相比，AOC 提供更长的距离和更轻的重量。

分拆线缆（分线器） - 用于将单个 QSFP 端口分拆为两个或四个 SFP 端口。AOC 和 DAC 线缆都可以设计有分线器。两种类型都支持所有可用的端口速度和编码，包括 NRZ 到 PAM4 转换，例如 100GbE 到 4x25GbE NRZ，200GbE 到 4x25GbE PAM4。

光收发器 - 使用激光通过可插拔光纤传输和接收数据。光纤可以是多模或单模，具体取决于收发器类型。

QSA - QSFP 到 SFP 适配器。此适配器用于将任何 QSFP 端口转换为 SFP。
有几种类型的 QSA，每种都适用于不同的 SFP/QSFP 类型

QSA+ - 40GbE QSFP+ 到 10GbE SFP+ (NRZ)
QSA28 - 100GbE QSFP28 到 25GbE SFP28 (NRZ)
QSA56 - 200GbE QSFP28 到 50GbE SFP56 (PAM4)

光收发器类型

短距离 (SR) - 这包括 SR、SR4 和 SR8 短距离收发器，最远可达 100 米。使用多模光纤时，SR 使用单通道进行 10/25/50GbE 链路。SR4 使用四通道，用于 40/100/200GbE 链路。SR4 可以作为单个（四通道）链路（例如，100G PAM4）或四个独立的链路（例如，4x10G PAM4 分拆）运行。400GbE 速度基于 SR8 多模收发器。
注意：40GbE-SR4 最远可达 150 米。

并行单模 (PSM4) - 并行单模收发器，最远可达 2 公里。PSM4 在单模光纤上使用 1310nm 激光器。它使用四通道，用于 100/200GbE 链路。

CWDM4 (FR4) - 粗波分复用或远距离收发器，最远可达 2 公里。它们在单模光纤上使用 1310nm 激光器。

SWDM4 - 短波分复用收发器，最远可达 100 米。它们在多模光纤上使用 850nm 激光器。这是 CDWM4 的多模版本。

长距离 (LR) - 这包括 LR 和 LR4 收发器，它们在单模光纤上使用 1310nm 激光器。LR 使用单通道进行 10/25GbE 链路。LR4 使用四个以 1300nm 为中心的光通道，并将它们复用到单模光纤的单股上。它用于 40/100GbE 链路，最远可达 10 公里。

扩展距离 (ER) - 这包括 ER 和 ER4 10GBASE-ER 扩展距离收发器，它们在单模光纤上使用 1550nm 激光器。40GBASE-ER4 和 100GBASE-ER4 使用四个以 1300nm 为中心的不同波长的光，并将它们复用到单模光纤的单股上。一些 ER 光模块最远可达 40 公里。

数据中心距离 (DR) - 这包括 DR1 和 DR4。DR1 使用 1 通道 100GbE PAM4，带有一个齿轮箱，可转换为 4 通道 25GbE NRZ。DR4 执行相同的操作，但从 400GbE PAM4 转换为较旧的 NRZ 设备。这些光纤用于数据中心内。

光纤连接器类型

MPO - 多位置推入式。支持多模和单模光纤。它是水绿色的，只能与 QSFP 外形尺寸和 SR/SR4 收发器一起使用。

MPO/APC - 具有倾斜抛光连接器的多位置推入式。其连接器在光纤上具有倾斜抛光，以减少光线反射回激光器。它是绿色的，用于单模 PSM4/DR4/DR8 和多模 SR8 收发器（与 SR4 不兼容）。

LC - 朗讯连接器。一种在高密度光纤连接器，在可插拔模块上找到。它们通常成对存在，一个用于发射，一个用于接收。可与 SFP 和 QSFP 外形尺寸一起使用。多模光纤为水绿色，单模光纤为黄色。

光纤 TIA 标准颜色代码

电信行业协会 (TIA) 获得了美国国家标准协会 (ANSI) 的认可，可以制定自愿的、基于共识的行业标准。许多数据中心使用各种颜色的线缆，并且不遵守标准。

颜色	收发器类型
黄色	单模光纤 (OS1 或 OS2)
橙色	多模光纤 (OM1 或 OM2)
水绿色	多模光纤 (OM3, OM4)
石楠紫	多模光纤 (OM4+)
石灰色	多模光纤 (OM5)
黑色	DAC 以太网电缆

Layer 1 数据中心速查表

数据中心术语

常见数据中心架构

两层 Clos 架构（叶-Spine）

三层 Clos 架构（叶-Spine-Super Spine）

常见的主机到 ToR（叶）网络连接类型

MLAG

EVPN 多宿主 (EVPN-MH)

重分发邻居

NVIDIA Spectrum 系列数据中心交换机

端口分拆配置

超额认购计算

以太网光模块和线缆

收发器调制方案

收发器外形尺寸

收发器速度支持性

线缆和收发器类型

光收发器类型

光纤连接器类型

光纤 TIA 标准颜色代码

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