Чтобы построить надежные соединения с низкими задержками и высокой пропускной способностью, администраторы ЦОДов должны четко ориентироваться в вариантах решений, как предлагаемых сегодня, так и тех, которые появятся в будущем. Только при таком условии организации смогут извлечь из Больших Данных и Интернета вещей максимум пользы.

ВАРИАНТЫ ВЫБОРА

В условиях стремительного увеличения объемов данных и быстрого перехода от 10-гигабитных соединений между коммутаторами к соединениям с пропускной способностью 40 и 100 Гбит/с или даже выше, наличие множества различных приложений и типов оптического волокна может привести к еще большей путанице.

При модернизации магистральной кабельной системы прежде всего необходимо сделать выбор между многомодовым и одномодовым кабелем. По сравнению с многомодовым, одномодовый кабель предоставляет более широкие возможности, но активное оборудование, к которому он подключается, стоит сегодня дороже.

Одномодовый кабель поддерживает передачу данных на скорости от 40 до 400 Гбит/с на расстояние до 10 км. О таких расстояниях даже в мегаЦОДах речи пока не идет, но вместе с тем длина магистралей здесь зачастую превышает те 100 м, которыми ограничены возможности многомодового оборудования. И хотя многомодовое волокно по-прежнему преобладает, новые оптимизированные одномодовые решения протяженностью 500 м все чаще способствуют внесению изменений в архитектуру ЦОДов. Впрочем, выбор многомодового волокна тоже усложняется в преддверии появления третьей редакции стандарта ISO/IEC 11801, куда будет включен новый тип широкополосного многомодового волокна OM5.

И если спецификации существующего многомодового волокна OM3 и OM4 предусматривают использование волн в диапазоне от 840 до 860 нм (оптимальной длиной волны считается значение 850 нм), то новое широкополосное многомодовое волокно OM5 рассчитано на поддержку технологии спектрального уплотнения (Wavelength Division Multiplexing, WDM), а потому и, соответственно, на более широкий диапазон — от 840 до 953 нм. Технология WDM обеспечивает передачу нескольких сигналов по одному волокну за счет использования волн разной длины.

Обладая полной обратной совместимостью с существующими спецификациями OM4, волокно OM5 вместе с технологией WDM предоставляют теоретическую возможность увеличения скорости передачи или уменьшения количества волокон в кабеле в четыре раза. К примеру, при использовании стандартного многомодового волокна OM3 или OM4 для достижения пропускной способности 100 Гбит/с в приложении 100GBase-SR4 потребуется восемь волокон (четыре волокна для передачи данных на скорости 25 Гбит/с и столько же для приема).

Как показано на рисунке, при использовании приложения 25GBase-SR с одной линией (lane) пропускной способностью 25 Гбит/с, благодаря технологии WDM, для достижения пропускной способности 100 Гбит/с понадобится всего два волокна OM5 (передача данных осуществляется на четырех волнах разной длины по одному волокну со скоростью 25 Гбит/с, а прием по второму волокну тоже на четырех различных волнах с той же скоростью). Аналогичным образом при использовании спецификаций 100GBase-SR4 канал 400 Гбит/с по волокну OM5 может быть организован на базе восьмиволоконных разъемов MPO/MTP, при этом передача и прием данных осуществляются на четырех волнах разной длины со скоростью 100 Гбит/с каждая.

Для организации волоконных каналов OM5 с пропускной способностью 100 Гбит/с и поддержкой технологии WDM при использовании спецификаций 25GBase-SR понадобится всего два волокна
Для организации волоконных каналов OM5 с пропускной способностью 100 Гбит/с и поддержкой технологии WDM при использовании спецификаций 25GBase-SR понадобится всего два волокна

 

Может показаться, что применение OM5 сулит очень весомую выгоду с точки зрения уменьшения числа волокон, но в настоящее время Institute of Electrical and Electronics Engineers не занимается разработкой приложений, способных ункционировать в указанной среде. Поэтому у нас нет никакой информации о реальной скорости передачи данных, протяженности канала и количестве волокон, на которую можно было бы ориентироваться при создании кабельной системы. А поскольку IEEE обычно разрабатывает приложения при наличии существенной инсталлированной базы, сроки появления таких приложений прогнозировать довольно сложно.

Кроме того, кабель OM5 будет стоить значительно дороже OM4 и для него потребуется более дорогое передающее оборудование. В таких условиях, при построении кабельной системы в расчете на поддержку пропускной способности 400 Гбит/с в будущем, выбор одного из разрабатываемых приложений на базе одномодового волокна может оказаться более выгодным решением. Готовящийся стандарт IEEE P802.3bs (400GBase-DR4) сулит очень хорошее соотношение между стоимостью и эффективностью при организации 500-метрового одномодового канала на базе восьмиволоконных решений MPO/MTP с четырьмя волокнами для передачи данных на скорости 100 Гбит/с и таким же числом волокон для приема.

Стандарт IEEE P802.3cd (50GBase-SR), принятие которого планируется в 2018 году, будет поддерживать линии с пропускной способностью 50 Гбит/с. Таким образом, мы видим стремление IEEE разрабатывать приложения более высокой плотности в расчете на уже имеющуюся инсталлированную базу многомодовых волокон OM3 и OM4. Кроме того, в рамках незавершенных стандартов IEEE P802.3cd (100GBase-DR) и IEEE P802.3bs (200GBase-DR4/400GBase-DR4) создаются одномодовые технологии короткого радиуса действия (500 м). Таким образом, в ближайшее время можно ожидать появления новых сценариев с использованием одномодового волокна.

ПУТИ РАЗВИТИЯ: ДВУХ- И ВОСЬМИВОЛОКОННЫЕ РЕШЕНИЯ

При рассмотрении существующих и перспективных приложений — как многомодовых, так и одномодовых — резонно предположить, что в обозримом будущем доминирующее положение займут двух- и восьмиволоконные решения. В таблице показано, что планы Ethernet Optical Transceiver Roadmap предусматривают создание приложений для двух или восьми волокон. Какое значение это имеет для существующих 12-волоконных соединений MPO/MTP?

Планы стандартизации приложений для многомодового и одномодового волокон в соответствии с Ethernet Optical Transceiver Roadmap
Планы стандартизации приложений для многомодового и одномодового волокон в соответствии с Ethernet Optical Transceiver Roadmap

 

Для приложений с пропускной способностью 40 Гбит/с (40GBase-SR4) и 100 Гбит/с (100GBase-SR4), построенных на базе восьми многомодовых оптических волокон, а также для будущих 400-гигабитных приложений использование решений MPO/MTP с 12 волокнами будет означать, что 33% оптических волокон останутся незадействованными. Стопроцентную загрузку оптических волокон в решениях MPO/MTP с 12 волокнами администраторы ЦОДов могут обеспечить лишь с помощью переходников или модулей, преобразующих два 12-волоконных или один 24-волоконный тракт магистрального кабеля в три восьмиволоконных решения MPO/MTP, чтобы обеспечить последующее подключение к 40- или 100-гигабитному оборудованию. Такой вариант идеален для ЦОДов, уже успевших развернуть у себя 12- или 24-волоконные кабели на магистральных трактах.

Однако восьмиволоконные решения MPO, начинающие заполнять рынок, считаются более эффективными, поскольку поддерживают как существующие, так и перспективные дуплексные приложения благодаря использованию специальных модулей для разделения восьмиволоконного интерфейса MPO между дуплексными соединителями LC, а также существующие и будущие восьмиволоконные приложения без применения каких-либо переходников.

ПОВЫШЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОСТИ

Независимо от того, какие решения MPO будут применяться, 12- или 8-волоконные, для обеспечения бесперебойной передачи данных между коммутаторами необходимо соблюдать оптический бюджет потерь. Длина кабеля и число соединений в канале сказываются на потерях в канале, а увеличение скорости передачи приводит к ужесточению требований в части минимизации затухания.

Необходимость учета затухания означает, что на начальном этапе проектирования приходится выбирать решения с достаточным запасом прочности, особенно для современных однородных, а потому более надежных структур ЦОДов, где коммутационных уровней меньше и используются избыточные ячеистые топологии, в которых все коммутаторы соединены между собой. Такая плоская многосвязная структура приводит к увеличению числа активных соединений и длины кабелей между коммутаторами, что вызывает дополнительные трудности в процессе развертывания и управления. Добавление же новых коммутаторов заставляет прокладывать новые длинные кабели, даже если кабельные каналы уже переполнены.

Для обеспечения гибкости и упрощения развертывания администраторы многих ЦОДов предпочитают размещать между коммутаторами распределительные пункты или кроссы, называемые также коммутационными зонами. Эти зоны соединяются между собой множеством волоконно-оптических кабелей. Такой подход позволяет подключить оборудование с помощью более коротких волоконно-оптических шнуров, что упрощает развертывание и улучшает управляемость.

Однако использование коммутационных зон приводит к росту числа соединений и увеличению потерь данных в процессе их передачи. В связи с этим важное значение имеет использование качественных 8- и 12- волоконных коннекторов MPO/MTP, а также волоконно-оптического кабеля с низким уровнем затухания.

Потенциальную проблему могут представлять также доступность и управляемость соединений на коммутационных панелях, особенно если учесть, что количество соединений в стойке продолжает увеличиваться. Благодаря современной сверхплотной компоновке в пространстве 1U можно разместить до 144 волокон. Впрочем, учитывать приходится и другие параметры. При выборе волоконного решения для высокоскоростных приложений администраторам ЦОДов необходимо принимать во внимание целый ряд факторов: сложность процесса перехода от 10-гигабитных скоростей к каналам с пропускной способностью 40 и 100 Гбит/с и выше, поддержку восьмиволоконных решений MPO/MTP, доступность соединений спереди и сзади стойки, а также наличие хорошо видимой маркировки, облегчающей администрирование. Помимо этого, следует учитывать емкость коммутационных панелей, удобство управления кабелями и надежность защиты волокна, включая конструктивные решения для предотвращения натяжения и защемления волокон.

Николай Ефимов, технический менеджер Siemon в России и СНГ