Чтобы организации могли извлечь максимум пользы из Интернета вещей и Больших Данных, кабельная инфраструктура ЦОДа должна обеспечивать быструю и эффективную передачу данных для их последующей обработки, анализа и хранения. В статье рассматриваются отвечающие этому требованию уже принятые и разрабатываемые прикладные стандарты, среды передачи данных и стратегии развертывания кабельных систем.
Все говорят, что Интернету вещей и Большим Данным нужна повышенная пропускная способность. Для работы с большими массивами сложных данных, поступающих из множества различных источников, скорость передачи информации в облачных, коммерческих и корпоративных ЦОДах приходится постоянно увеличивать. В значительной мере рост объемов данных обусловлен совершенствованием технологий датчиков, подключением к сетям IP все новых устройств и постоянным расширением спектра мобильной техники.
Сегодня передовые организации стремятся эффективно использовать все эти данные для повышения уровня удовлетворенности клиентов, роста доходов, сокращения операционных затрат и увеличения производительности. Чтобы организации могли извлечь из Интернета вещей и Больших Данных максимум пользы, кабельная инфраструктура ЦОДа должна обеспечивать быструю и эффективную передачу данных для их последующей обработки, анализа и хранения.
Независимо от того, находится ли ЦОД на аутсорсинге в облачном или коммерческом центре, обслуживается силами самой компании на принадлежащей ей территории или представляет собой комбинацию обоих вариантов, для эффективного перемещения больших массивов сложных данных необходимы надежные соединения с малым временем задержки, а также высокоскоростные каналы связи между активным оборудованием на границе сети, коммутаторами ее ядра и сетью хранения. Вместе с тем кабельная инфраструктура ЦОДа должна обеспечивать максимальную управляемость и масштабируемость в условиях непрерывного роста объемов данных и повышенных требований к пропускной способности.
Это становится возможным благодаря разработке новых отраслевых стандартов, совершенствованию кабельных технологий и улучшенному планированию инфраструктуры. Зная существующие и будущие прикладные стандарты, виды сред передачи данных и стратегии развертывания, владельцы и операторы ЦОДов смогут повысить эффективность своей кабельной системы.
.png "Проводка Категории 6A хорошо подходит для разнообразных архитектур, связывающих коммутаторы с серверами, в том числе для коммутаторов в конфигурациях ToR, MoR и EoR") |
| Проводка Категории 6A хорошо подходит для разнообразных архитектур, связывающих коммутаторы с серверами, в том числе для коммутаторов в конфигурациях ToR, MoR и EoR |
КАБЕЛЬНАЯ СИСТЕМА НА ГРАНИЦЕ СЕТИ
В зоне распределения, где коммутаторы доступа осуществляют передачу данных на конечные устройства (серверы приложений, узлы сети хранения и пр.), пропускная способность за последнее время выросла с 1 до 10 Гбит/с.
Стандарт IEEE 10GBase-T Ethernet регламентирует передачу данных на скорости 10 Гбит/с по стандартному кабелю на основе витой пары Категории 6A или лучше на расстояние до 100 м. В стандарте описан и режим укороченной передачи (с пониженным энергопотреблением) по кабелю Категории 6A или лучше на расстояние до 30 м. При протяженности кабельных каналов до 100 м и использовании более дешевых — по сравнению с аналогами для оптического кабеля — трансиверов медный кабель Категории 6A и лучше хорошо подходит для развертывания различных архитектур, связывающих коммутаторы с серверами, в том числе для таких конфигураций, когда коммутаторы размещаются в верхней части стойки (Top of Rack, ToR), в середине (Middle of Row, MoR) и в конце ряда (End of Row, EoR). Все эти конфигурации представлены на рисунке.
Другой вариант подключения конечных узлов на скорости 10 Гбит/с заключается в создании прямых соединений посредством коротких претерминированных компактных сменных (например, SFP+ и QSFP) твинаксиальных медных кабельных сборок. Ввиду ограничений на расстояние (всего 5–7 м), применение этих сборок для прямого подключения возможно только в конфигурации ToR с размещением небольших коммутаторов доступа в каждом шкафу, где они подключаются непосредственно к оконечному оборудованию. Несмотря на то что SFP+, QSFP и другие твинаксиальные кабельные сборки отличаются низким энергопотреблением и малым временем задержки и могут стать идеальным вариантом для построения суперкомпьютерных систем, необходимо учитывать ряд их особенностей.
Если стандартная кабельная система Категории 6A и выше поддерживает автосогласование, то твинаксиальные сборки для прямого подключения — нет. Автосогласование — это способность коммутатора автоматически переключать любой отдельный порт на нужную скорость (в зависимости от подсоединенного оборудования), что позволяет проводить частичное обновление коммутаторов или серверов по мере необходимости. В противном случае при модернизации коммутатора пришлось бы одновременно модернизировать все серверы, а это слишком дорого.
Проводка Категории 6A и лучше совместима с любыми коммутаторами Base-T, независимо от поддерживаемой ими скорости, однако некоторые поставщики коммутаторов ToR могут предусматривать использование более дорогих нестандартных твинаксиальных кабельных сборок для прямого подключения. При их применении вместе с оборудованием зачастую приходится менять и кабели. Другими словами, в случае перехода на оборудование другого поставщика или высокоскоростной коммутатор уже установленные кабельные сборки для прямого подключения, возможно, придется заменить. Некоторые коммутаторы ToR при подключении кабелей к портам даже проверяют идентификаторы поставщика и при обнаружении чужого идентификатора выдают ошибку или блокируют порт. А поскольку благодаря последним техническим достижениям коммутаторы 10GBase-T заметно подешевели, да и их энергопотребление снизилось, для подключения коммутаторов к серверам имеет смысл использовать стандартные кабели Категории 6A и выше.
Другой аргумент в пользу выбора стандартной кабельной системы для подключения коммутаторов к серверам заключается в том, что скорости продолжают расти и начинают превышать 10 Гбит/с. Комитеты по стандартизации ISO/IEC уже инициировали работы в области кабельных систем следующего поколения для поддержки стандарта IEEE 802.3bq Ethernet с пропускной способностью 25 и 40 Гбит/с (25GBase-T и 40GBase-T) при использовании сбалансированного медного кабеля с витой парой. 25GBase-T и 40GBase-T построены на базе существующей и широко распространенной технологии 10GBase-T и предназначены для передачи данных на расстояние более 30 м по стандартизуемой проводке ISO/IEC класса I на основе компонентов Категории 8.1, а также проводке класса II из компонентов Категории 8.2 с рабочим диапазоном частот до 2 ГГц. Проводка классов I и II по-прежнему будет иметь открытые и общие спецификации. Тем самым гарантируются интероперабельность и обратная совместимость с гораздо более широким спектром архитектур, чем в случае применения твинаксиальных соединений для прямого подключения.
Еще одним вариантом организации подключения конечных узлов может стать разрабатываемый стандарт IEEE 802.3by, где описывается передача данных на скорости 25 Гбит/с на расстояние до 100 м по многомодовому волоконно-оптическому кабелю или на расстояние до 5 м по двум парам (то есть одной «линии») твинаксиального кабеля. Как ожидается, на границе сети этот стандарт будет поддерживать прямое подключение коммутаторов к серверам с использованием кабельных сборок SFP28. Возможно, такой вариант наилучшим образом подойдет для тех, кто планирует переход на более высокие скорости и уже знаком с применением SFP+ или других кабельных сборок в конфигурациях ToR.
МАГИСТРАЛЬНЫЕ ЛИНИИ
Если на границе сети позиции медного кабеля остаются достаточно устойчивыми, то для магистральных соединений нескольких коммутаторов и организации сети хранения, как правило, лучше всего подходит многомодовый волоконно-оптический кабель. В этом случае длина канала превышает расстояние, поддерживаемое медным кабелем, а скорость передачи данных может варьироваться от 10 до 40 и 100 Гбит/с в сетях Ethernet и от 8 до 16 и 32 Гбит/с в сетях хранения, построенных на основе технологии Fibre Channel. Но и здесь у кабельной проводки есть свои особенности.
Передача со скоростью 40 Гбит/с (40GBase-SR4) и 100 Гбит/с (100GBase-SR4) осуществляется с помощью восьми многомодовых оптических волокон: четыре передающих и четыре принимающих с пропускной способностью 10 Гбит/с или 25 Гбит/с каждое. В этом случае используются 12-волоконные интерфейсы MPO/MTP с 12- или 24-волоконными магистральными кабелями. MPO/MTP представляют собой 12-волоконный оптический соединитель, но только восемь из этих волокон предназначены для передачи, поэтому 33% имеющейся оптической емкости остается неиспользованной. Чтобы обес-печить 100-процентное использование оптических волокон, в приложениях 40 или 100 Гбит/с применяются специальные переходные шнуры или модули. При подключении соответствующего оборудования они передают сигнал с двух 12-волоконных или одного 24-волоконного магистрального кабеля на три 8-волоконных интерфейса MTP.
Для обеспечения устойчивой передачи оптических сигналов между коммутаторами по высокоскоростным каналам Ethernet и Fibre Channel, необходимо учитывать бюджет на вносимые потери. Чем выше скорость, тем более жесткие требования предъявляются к величине потерь, которая зависит от протяженности кабеля и числа соединений внутри канала. К сожалению, в современных плоских архитектурах с меньшим числом уровней коммутаторов расстояния между ними увеличиваются, как и длина необходимых для этого кабелей, что может затруднить их прокладку. Использование распределительных пунктов или кроссов между коммутаторами помогает сократить длину кабелей и упрощает решение задачи. Однако появление таких распределительных пунктов приводит к увеличению числа соединений и росту потерь внутри канала. В таких случаях целесообразно использовать специальные соединители MTP и волоконно-оптические кабели с низким уровнем потерь.
К альтернативным вариантам соединений с пропускной способностью 40 и 100 Гбит/с относятся 40GBase-CR4 и 100GBase-CR10, которые поддерживают связь на расстоянии до 7 м по нескольким линиям твинаксиального кабеля (четыре линии с пропускной способностью 10 Гбит/с или десять линий с пропускной способностью 10 Гбит/с соответственно). Стандарты 40GBase-LR4 и 100GBase-LR4 описывают передачу данных по одномодовому волокну на расстояние до 10 км, а интерфейс 100GBase-ER4 предназначен для организации связи между удаленными точками в пределах 40 км.
Перспективные отраслевые стандарты, возможно, приведут к появлению нового широкополосного многомодового волокна с расширенным диапазоном поддерживаемых длин волн для технологии спектрального уплотнения (WDM). В отличие от существующих проприетарных дуплексных решений с пропускной способностью 40 Гбит/с, новое волокно будет представлять собой стандартную интероперабельную технологию, обеспечивающую обратную совместимость с уже имеющимися многомодовыми волоконно-оптическими приложениями. Как ожидается, оно будет поддерживать дуплексные оптические соединения с пропускной способностью 40 или 100 Гбит/с с использованием каналов 10 или 25 Гбит/с на четырех различных длинах волн.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, при планировании кабельной системы в ЦОДе следует учитывать ряд факторов как на границе сети при подключении коммутаторов к активному оборудованию, так и в ядре сети при прокладывании магистральных линий между коммутаторами. Для того чтобы организации могли воспользоваться преимуществами революции Интернета вещей и эффективно управлять Большими Данными, владельцам и операторам ЦОДов необходимо выбирать новейшую кабельную среду, которая поддерживала бы современные приложения, а стратегии ее развертывания должны обеспечивать требуемый уровень управляемости и масштабируемости.
Валери Магвайр — директор по стандартам и технологии в компании Siemon.