数据中心核心交换机架构演进与发展

　　核心交换机整机散热系统的演进

　　核心交换机的整机散热发展也经历了传统的横向风道设计、前后进风的风道设计，现在正在向严格的前后风道设计方向发展。在原来以FE/GE、非线速10GE为主的系统中，单板功率小，散热要求不高，横向风道或者非严格的前后风道都是可以满足要求的;在后续以高密度线速10GE/40GE为主的核心交换机系统中，单板功率增加，严格的前后散热风道成为必须满足的架构要素。

　　为什么在数据中心领域，一定是前进风、后出风的散热风道最能满足要求，下图详细描述了数据中心机房建设的风道设计和要求，相应的核心交换机要能满足这个严格的前进风后出风的散热风道。

　　图7：数据中心机房冷热风道严格的隔离散热

　　在数据中心建设中，节能减排是最重要的属性，为了提升设备的散热效率，降低对机房的能耗要求，因此采用严格的冷热风道隔离，一排机柜是前面集中送冷风进来，通过设备的散热交换，机柜后面集中回收热风，因此要求核心交换机必须是前进风后出风，才能很好的满足数据中心机房建设的要求。

　　传统的横向散热风道。传统的核心交换机通常以左右横向风道作为整机系统，这类交换机在机柜中应用时，由于是横向风道，热风会在机柜中回流，导致散热不够充分，无法满足大功率单板的散热，因此这类交换机通常支持300W以下的单板散热能力，下图是这类交换机的散热风道。

　　图8：传统横向风道的核心交换机散热

　　可以看到横向风道的交换机安装在机柜内时，由于风道是从左到右或者从右到左，机柜两侧的侧壁是密封的，当热风碰到机柜侧壁时，热风会沿着机柜侧壁和交换机的上、下空间回流到进风口，导致进风口的温度至少会升高15°C以上，长期运行会影响系统的可靠性和单板的散热能力，也无法支持大功率、高密度的10GE/40GE单板。

　　这也是为什么数据中心机房建设一直在强调的要区分严格的冷热风道的原因，要严格的把进风口和出风口隔离，避免热风和冷风混合，导致进风口温度提升，带来散热和功耗上升的弊端。所以传统的横向风道的交换机是无法满足数据中心建设的需求的，严格来讲，这类交换机在园区网领域应用时也会有问题，无法支持更大功率的单板。

　　这类设备的典型代表是H3C S10500/9500E/7500E，CISCO N7018/7009等。

　　改进型的前、后进风，后出风的散热风道。为了满足数据中心冷热风道严格区分，部分厂家对核心交换机进行了整机系统的改进，其中比较典型的是前后进风、后出风的散热风道，如下图。

　　图9：改进型的前后进风的核心交换机散热

　　可以看到改进型的核心交换机相比传统的横向风道的交换机，在整机系统上做了一些改进，冷风也可以从设备前面进风，从设备后面出热风，但这种改进在数据中心应用时，还是满足不了要求，因为改进型的设备后面部分的单板还需要从设备的后面进风散热，我们知道数据中心风道是冷热严格区分的，这样就又会像传统横向风道的交换机一样，带来冷热风道混合的问题，无法满足高密度单板的应用。

　　严格前后风道隔离，高效的前进后出直通风风道。从前面核心交换机的整机系统分析来看，无论是横向风道还是改进型的前后风道，都不能很好的满足数据中心冷热风道严格隔离的要求，因此新一代核心交换机采用了冷热风道严格隔离，前进风、后出风的直通风散热风道，大大提升了核心交换机的散热能力，可以满足每槽位1000W的散热能力，为后续提供48*40GE/100GE的高密度、大带宽的单板提供了基础。下图是新一代核心交换机的整机系统风道。

　　图10：严格的前进风后出风的核心交换机散热

　　严格的冷热风道隔离的核心交换机非常好的匹配数据中心机房需求，满足了前进风、后出风的散热风道，同时采用直通风的方式，不经过中间任何形式的阻挡，降低了系统的风阻，提升了系统的散热效率，实际测量显示，直通风的散热风道能提升30%的散热效率。

　　华为CE12800作为新一代核心交换机，采用严格的前进风、后出风的直通风散热风道，大大提升了系统的散热效率，每槽位的散热能力达到1000W，满足未来高密度40GE/100GE单板的散热要求。同时，由于高效的散热效率，使得华为的CE12800系统可以长期工作在高温45度的环境下，如果数据中心机房工作温度提升到45度，整个机房可以节省2/3的能耗。