传统数据中心依赖于10G网络架构。 然而，为了满足人工智能、深度学习习、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和100G网络架构转型。 在中国，我们已经看到像BAT这样的互联网领导者实现了这种高带宽网络架构的大规模部署。
在25G和100G数据中心的建设过程中，对100G光模块的需求大幅增加，其在网络建设成本中的比重不容忽视。 那么，100G光模块有哪些标准呢？应该如何应用不同的标准？本文将为您简要介绍数据中心100G光模块的标准、封装形式和应用场景，旨在为您的选择提供准确的参考。
100G光模块是光信号传输速率为100Gbps的光模块。
在光端机之前，我们首先要了解它的标准化组织。 两个关键组织负责光模块的定义和规范：IEEE和MSA（多源协议）。 这两个组织相辅相成，相互借鉴。 MSA制定了多项100G光模块标准，包括100G PSM4 MSA、100G CWDM4 MSA和100G Lambda MSA。
为了满足不同距离的100G互联需求，IEEE、多源协议（MSA）等行业组织制定了100G光模块的多个标准。 在这些标准中，MSA行业组织制定的PSM4和CWDM4标准特别适用于目前市场上主流的100G QSFP28光模块。
下面**列出了一些常见的100G光模块标准：
100G光模块的封装形式主要包括CFP、CFP2、CFP4、CXP、QSFP28等。
CFP是第一个引入的封装格式，100GBASE-SR10标准用于短距离传输，100GBASE-LR4标准用于长距离传输。 由于第一代 CFP 的电气接口功能仅限于 CAUI-10，因此需要内置齿轮箱将 10x 10Gbps 转换为 4x 25Gbps 电信号。 随着电信号规格升级为CAUI-4，第二代CFP（包括CFP2和CFP4）在远距离传输方案中不再需要内置齿轮箱。 但由于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功耗，从而演进到CFP2和CFP4。
随着数据中心对高密度的需求不断增加，出现了更小型化的封装形式CXP和QSFP28。 与CFP2相比，CXP光模块体积更小，可以满足高密度布线的需求，是短距离传输的可行解决方案。 QSFP28光模块比CXP体积更小，功耗更低。 其小尺寸使交换机能够实现更高的端口密度，通常每块板有 36 个 100G 接口。 目前，QSFP28已成为数据中心100G光模块的主流封装格式。
100G短距离解决方案
100G短途传输方案主要依靠100GBASE-SR10和100GBASE-SR4两种机型。 与100GBASE-SR10相比，100GBASE-SR4光模块在设备数量、成本、模块尺寸和功耗等方面表现出显著优势。 这反映在设备数量的减少、成本的降低、模块尺寸的减小和功耗的降低上。 减小的模块尺寸使交换机能够每 1U 空间提供更高的 100G 接口密度。
鉴于以上优势，100GBASE-SR4已逐步取代100GBASE-SR10，成为主流的100G短距离光模块标准。
100G QSFP28 SR4光模块主要用于数据中心和企业网络环境中的短距离连接。 在大多数情况下，100G QSFP28 SR4 收发器被认为是短距离 100G 直接连接应用和从 25G 升级到 100G 的理想选择。 其优越的性能和经济性使其在高速数据传输领域占有重要地位。
100G QSFP28 SR4光模块100G直连解决方案。
100G QSFP28 SR4光模块25G-100G升级方案。
100G中端解决方案
在中距离传输场景中，传输距离范围通常定义为 100 米到 2 公里。 100GBASE-SR4和100GBASE-LR4是100G光模块的两种常见型号。 然而，在大型数据中心内部的互联环境中，100GBASE-SR4由于传输距离有限，无法满足所有互联要求，而100GBASE-LR4则由于成本高，并不经济。
为此，多源协议（MSA）通过推出中端互连解决方案-PSM4和CWDM4光模块来响应市场需求，这是应对这一挑战的技术创新。
QSFP28 PSM4 光收发器非常适合小于 500 米的低成本传输距离。 最常见的应用方法是实现100G-100G直连。 在实施过程中，只需将两个100G QSFP28 SR4光模块插入两台100G交换机的相应端口，然后使用OM3或OM4多模光纤跳线将两个模块连接起来即可完成配置。
100G QSFP28 PSM4光模块100G直连解决方案。
另一方面，100G QSFP28 CWDM4 光收发器通常用于数据中心和企业网络中长达 2 公里的 100G 互连。 布线过程简单，只需将两个100G QSFP28 CWDM4光模块插入两台100G交换机的相应端口，然后使用LC双工光纤跳线搭配光纤转接板或光纤配线箱即可实现100G互联。 其中，光纤适配器面板或光纤配线箱可以安装在光纤配线架上，这种布线方式特别适用于结构化布线系统。 通过这种设计，CWDM4光模块可以在保证传输性能的同时，提供更灵活、更经济的中距离互联解决方案。
100G QSFP28 CWDM4光模块100G互联解决方案。
100G远程解决方案
在长距离传输场景中，100G QSFP28 LR4光模块通常被认为是100G直连互联的理想解决方案。
对于100G-100G直连方案，连接过程相对简单。 只需将两个100G QSFP28 LR4光模块插入对应的100G交换机端口，然后使用LC光纤跳线将两个模块连接起来，即可完成远距离100G直连配置。
100G QSFP28 LR4光模块直连解决方案。
在需要高密度布线的100G-100G互联场景中，方案的实现相对复杂。 如下图所示，100G QSFP28 LR4光模块通过使用光纤配线箱、MTP光纤转接面板和MTP骨干跳线，可以高效互联，满足高密度布线的要求。 其中，转接面板和光纤配线箱的作用是简化电缆管理，提高布线的清洁度和可维护性。
100G QSFP28 LR4光模块直连解决方案。
从以上对100G光模块封装的描述中，我们可以了解到，100G QSFP28光模块和40G QSFP+光模块在封装尺寸上是一样的，都包含4个集成的收发通道。 我们已经讲过如何使用QSFP28端口实现10G 25G 40G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端口可能会导致连接不稳定或无法正常工作。 这是因为100G光模块的传输速率超过了40G端口的设计速率，可能导致速率不匹配。
为了保证数据传输和通信的正常进行，需要对光模块和端口的速率进行匹配。 如果将速率为100Gbit/s的光模块插入仅支持40Gbit/s的端口，可能会出现以下问题：
1.连接不稳定：可能会发生频繁的跌落或中断。
2.性能下降：即使您保持连接，性能也会因速率不匹配而显着下降。
3.不相容：某些设备可能会拒绝或无法识别与速率不匹配的收发器和端口组合。
为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。 如果您需要连接40Gbit/s端口，请选择支持40Gbit/s速率的光模块。 在实践中，最好查阅设备手册、技术规格，或联系设备制造商以获取准确的兼容性信息。
综上所述，25G 100G数据中心内部互联如何选择100G光模块，建议参考以下标准
不超过100米的100G短距离互联（Tor-Leaf）场景使用100GBASE-SR4 QSFP28光模块
100G中距离互联（叶脊）场景，100米-500米，采用100G PSM4 QSFP28光模块
500 m-2 km的100G中远程互联场景（叶-脊、脊-核）使用100G CWDM4 QSFP28光模块
对于超过2 km的长距离互联场景（core-MAN），使用100GBASE-LR4 QSFP28光模块。
在实际应用中，选择合适的100G光模块时，应考虑传输距离、成本、功耗、端口密度、设备兼容性等因素，以保证数据中心网络的高效稳定运行。