传统数据中心主要依托10G网络架构运营。然而，为了适应AI、深度学习、大数据计算等业务的大规模部署需求，下一代数据中心架构正在向25G/100G网络架构转型。在国内，我们已经看到BAT等互联网领军企业实现了这种高带宽网络架构的规模化部署。
构建25G/100G数据中心过程中，100G光模块的需求量大增，其在网络建设成本中的占比不容忽视。那么，100G光模块有哪些标准？不同的标准应该如何应用呢？本文将为您简明梳理数据中心100G光模块的标准、封装形式及其应用场景，旨在为您的选择提供准确的参考依据。
100G光模块标准100G光模块是指具备100Gbps光信号传输速率的光模块。
在探讨光模块之前，我们首先要了解其标准化组织。对于光模块的定义和规范，主要由两个关键组织负责：IEEE和MSA（Multi Source Agreement，多源协议）。这两个组织相互补充并借鉴对方的标准。针对100G光模块，MSA制定了多项标准，包括100G PSM4 MSA、100G CWDM4 MSA和100G Lambda MSA等。
为了适应不同距离的100G互联需求，IEEE、多源协议（MSA）等行业机构制定了多个100G光模块标准。在这些标准中，由MSA行业组织制定的PSM4和CWDM4标准尤为适用于当前市场主流的100G QSFP28光模块。
以下表格列举了一些常见100G光模块标准的具体情况：
100G光模块封装100G光模块的封装形式主要包括CFP、CFP2、CFP4、CXP和QSFP28。
CFP是最早被引入的封装格式，用于短距离传输的100GBASE-SR10标准和长距离传输的100GBASE-LR4标准。由于第一代CFP的电接口能力仅限于CAUI-10，因此需要内置Gearbox来实现10x 10Gbps与4x 25Gbps电信号的转换。随着电信号规格提升到CAUI-4，第二代CFP（包括CFP2和CFP4）在长距离传输方案中不再需要内置Gearbox。然而，由于CFP的尺寸较大，随着光模块集成度的提高，后续的发展趋势是减小尺寸和降低功耗，从而演进出了CFP2和CFP4。
随着数据中心对高密度需求的不断提升，更小型化的封装格式CXP和QSFP28应运而生。CXP光模块相比CFP2具有更小的尺寸，能够满足高密度布线的需求，是短距离传输的可行解决方案。而QSFP28光模块的尺寸比CXP更小，功耗更低。其小巧的尺寸使得交换机能够实现更高的端口密度，通常每块板卡可以部署36个100G接口。目前，QSFP28已经成为数据中心内部100G光模块的主流封装格式。
100G光模块的应用100G短距离解决方案
100G短距离传输解决方案主要依赖于100GBASE-SR10和100GBASE-SR4两种型号。相较于100GBASE-SR10，100GBASE-SR4光模块在器件数量、成本、模块尺寸和功耗等方面展现出显著的优势。具体表现为器件数量减少、成本降低、模块尺寸缩小以及功耗下降。模块尺寸的减小使得交换机在每1U空间内能够提供更高的100G接口密度。
鉴于上述优势，100GBASE-SR4已经逐步取代100GBASE-SR10，成为当前主流的100G短距离光模块标准。
100G QSFP28 SR4光模块主要应用于数据中心和企业网络环境中的短距离连接需求。在大多数情况下，对于短距离的100G直连应用以及从25G向100G的升级过程，100G QSFP28 SR4光模块被视为理想的选择。其优越的性能和经济性使之在高速数据传输领域中占据重要地位。
100G QSFP28 SR4光模块100G直连方案
100G QSFP28 SR4光模块25G-100G升级方案
100G中距离解决方案
在中距离传输场景中，通常定义的传输距离范围为100米至2千米。100GBASE-SR4和100GBASE-LR4是两种常见的100G光模块型号。然而，在大型数据中心内部的互联环境中，100GBASE-SR4由于其有限的传输距离无法满足所有互联需求，而100GBASE-LR4则因其较高的成本显得不够经济。
为此，多源协议（MSA）针对市场的需求，推出了中距离互联的解决方案——PSM4和CWDM4光模块，它们是应对这一挑战的技术创新产品。
QSFP28 PSM4光模块是针对传输距离小于500米的低成本理想选择。最常见的应用方式是实现100G-100G的直连。实施过程中，只需将两个100G QSFP28 SR4光模块分别插入两个100G交换机的对应端口，然后利用OM3或OM4多模光纤跳线将这两个模块连接起来即可完成配置。
100G QSFP28 PSM4光模块100G直连方案
另一方面，100G QSFP28 CWDM4光模块常被用于数据中心和企业网络中不超过2千米的100G互连。其布线过程简单，只需将两个100G QSFP28 CWDM4光模块分别插入两个100G交换机的对应端口，再使用LC双工光纤跳线配合光纤适配器面板或光纤配线盒即可实现100G互连。其中，光纤适配器面板或光纤配线盒可以安装在光纤配线架上，这种布线方式尤其适用于结构化布线系统。通过这样的设计，CWDM4光模块能够在保证传输性能的同时，提供更为灵活和经济的中距离互联解决方案。
100G QSFP28 CWDM4光模块100G互连方案
100G长距离解决方案
在长距离传输场景中，100G QSFP28 LR4光模块通常被视为实现100G直连和互连的理想解决方案。
对于100G-100G的直连方案，连接过程相对简单。只需将两个100G QSFP28 LR4光模块分别插入对应的100G交换机端口，然后使用一根LC光纤跳线将这两个模块连接起来，即可完成长距离的100G直连配置。
100G QSFP28 LR4光模块的直连方案
而在需要高密度布线的100G-100G互连场景中，解决方案的实施则相对复杂。如下图所示，通过采用光纤配线盒、MTP光纤适配器面板以及MTP主干跳线等设备，可以实现100G QSFP28 LR4光模块的高效互连，以满足高密度布线的需求。其中，适配器面板和光纤配线盒的作用在于简化线缆管理，提高布线的整洁性和可维护性。
100G QSFP28 LR4光模块的直连方案
100G光模块可以插40G端口吗？从上述对100G光模块封装的描述中，我们可以了解到100G QSFP28光模块与40G QSFP+光模块在封装尺寸上是相同的，两者均包含4个集成的发射和接收通道。此前我们已经探讨过如何利用QSFP28端口实现10G/25G/40G的传输，那么是否可以将100G QSFP28光模块插入40G QSFP+端口呢？
理论上，将100G光模块插入40G端口可能会引发连接不稳定或者无法正常运行的问题。这是因为100G光模块的传输速率超出了40G端口的设计速率，可能导致速率不匹配的现象。
为了确保数据传输和通信的正常进行，光模块和端口的速率需要匹配。若将一个速率为100Gbps的光模块插入仅支持40Gbps的端口，可能会出现以下问题：
1. 连接不稳定：可能出现频繁的掉线或连接中断现象。
2. 性能下降：即使保持连接，由于速率不匹配，性能可能会显著降低。
3. 不兼容性：某些设备可能会拒绝或无法识别速率不匹配的光模块和端口组合。
为了保证设备的正常运行，建议使用与端口速率相匹配的光模块。如果需要连接40G端口，应选择支持40Gbps速率的光模块。在实际应用中，最好查阅设备手册、技术规格，或者联系设备制造商以获取准确的兼容性信息。
总结综上，关于25G/100G数据中心内部互联100G光模块如何选择，建议大家不妨参考如下标准：
不超过100米的100G短距互联场景（TOR-LEAF），使用100GBASE-SR4 QSFP28光模块；100米到500米的100G中距互联场景（LEAF-SPINE），使用100G PSM4 QSFP28光模块；500米到2Km的100G中长距互联场景（LEAF-SPINE、SPINE-CORE），使用100G CWDM4 QSFP28光模块；超过2Km的长距互联场景（CORE-MAN），使用100GBASE-LR4 QSFP28光模块。在实际应用中，选择合适的100G光模块应考虑传输距离、成本、功耗、端口密度以及设备兼容性等因素，以确保数据中心网络的高效、稳定运行。
