Журнал о компьютерных сетях и телекоммуникационных технологиях
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК:
    Домой
 
   
АРХИВ ЖУРНАЛА
   

2008: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
2007: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2006: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2005: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2004: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2003: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2002: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2001: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2000: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
1999: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1998: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1997: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1996: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


Rambler's Top100

  

Оптические соединения — это то, что нужно в ЦОДе

Дуг Колеман

Оптическая связь позволяет максимально повысить эффективность работы кабельной инфраструктуры центра обработки данных (ЦОД). Оптический кабель на основе оптимизированного для работы с 850-нм лазером 50-мкм многомодового волокна класса OM3 имеет полосу пропускания, обеспечивающую работу не только существующих приложений на скорости передачи данных вплоть до 10 Гбит/с, но и будущих приложений на скорости 16–100 Гбит/с и выше. К факторам, делающим оптические соединения серьезным соперником «медной» технологии 10GBase-T в ЦОДах, относятся их отличные рабочие характеристики, возможность наращивания скорости передачи данных, эффективность использования кабельных трасс и технологических пространств, высокая плотность портов электронного оборудования, низкое его энергопотребление, а также простота инсталляции и тестирования.

В 2002 г. комитет IEEE 802.3ae выпустил стандарт на оптическую технологию 10-Gigabit Ethernet (10GE), причем доминирующим и наиболее подходящим для коротких (протяженностью до 300 м) 10-Гбит/с соединений OM3 в ЦОДах, похоже, становится трансивер 10GBase-SR. Утвержденный в 2006 г. стандарт 10GBase-T предусматривает реализацию 10-Гбит/с соединений на основе четырехпарного медного кабеля с полосой пропускания 500 МГц. Однако перспективы передачи данных по медным витопарным каналам со скоростью выше 10 Гбит/с на расстояния, характерные для каналов сетей ЦОДов и ЛВС, выглядят весьма сомнительными.

10-Гбит/с передача по витопарному кабелю

Широко распространенный в ЦОДах кабель UTP категории 6 имеет ряд ограничений при использовании в системах 10GE. Хотя, согласно спецификациям, такой кабель должен обеспечивать нормальную передачу данных со скоростью 10 Гбит/с на расстояние 37–55 м, многие эксперты полагают, что в связи с расширенным диапазоном рабочих частот этого кабеля канал длиной более 37 м будет подвержен достаточно сильным межкабельным наводкам.

Связанные с рабочими характеристиками кабеля категории 6 проблемы стали причиной разработки кабеля категории 6A, ориентированного на 10-Гбит/с каналы связи протяженностью до 100 м. Однако в целях ослабления внутренних и наружных помех внешний диаметр кабеля категории 6А был увеличен примерно на 40% (по сравнению с внешним диаметром кабеля категории 6). Такой кабель труднее прокладывать в кабельных каналах, и для его терминирования в полевых условиях и тестирования требуются более сложные методики, чем для оптоволоконного кабеля малого диаметра.

В большинстве случаев реализации 10-Гбит/с витопарных систем потребуется удаление унаследованного кабеля категории 6 и инсталляция кабеля категории 6А. На момент написания статьи основные стандарты на кабельные системы категории 6А Ассоциации телекоммуникационной промышленности США (Telecommunications Industry Association — TIA; www.tiaonline.org) и Международной электротехнической комиссии (International Electrotechnical Commission — IEC) все еще находились на стадии разработки. Поэтому СКС категории 6А, инсталлированные до окончательной ратификации этих стандартов, фактически, являются фирменными решениями, что чревато проблемами интероперабельности.

В качестве альтернативы UTP-кабелям для 10-Гбит/с приложений рассматриваются экранированные кабели категорий 6 и 7. Де-факто UTP-кабель — это основной тип кабеля, используемого в Северной Америке. В связи с необходимостью применения для экранированных кабелей специальных методов инсталляции и терминирования, их (экранированные кабели) используют весьма редко. Инсталляция такого кабеля осложняется не только его высокой жесткостью, большей массой и большим минимально допустимым радиусом изгиба, но и необходимостью организации заземления и электрического соединения его экрана. В довершение всего некоторые эксперты считают, что при использовании экранированных кабелей возможно возникновение проблем при подаче электропитания по сети Ethernet (Power over Ethernet — PoE), что связано с ухудшением рассеяния выделяемого проводниками тепла.

Работая в расширенном диапазоне частот и, следовательно, в условиях более высоких вносимых потерь, 10-Гбит/с витопарный кабель требует применения 10-Гбит/с интерфейсов, потребляющих более высокую мощность (10–15 Вт), и организации надлежащих мер по снижению внутренних и внешних перекрестных наводок. Для компенсации наводок от соседних витых пар того же кабеля необходимо использовать электронные методы цифровой обработки сигналов (Digital Signal Processing — DSP), что приводит к свойственной им существенной задержке выделения передаваемых пакетов данных. ЦОДам же требуется физический уровень с низкой задержкой. По оценкам одного эксперта, сокращение задержки торгового приложения всего на 1 мс позволяет крупной брокерской фирме дополнительно заработать 100 млн долл. в год. 10-Гбит/с оптоволоконное соединение имеет в 1000 раз меньшую задержку, чем 10-Гбит/с витопарное соединение. Типичная задержка оптического соединения составляет единицы наносекунд, тогда как задержка витопарного соединения — микросекунды.

В силу случайной статистической природы межкабельных наводок или других внешних электромагнитных помех алгоритмы DSP оказываются неприменимыми для их ослабления. В деле ослабления межкабельных наводок разработчики кабеля UTP полностью полагаются на его более громоздкую конструкцию и специальные способы прокладки в кабельных каналах и технологических пространствах.

Эффективность использования кабельных каналов и технологических пространств

Больший диаметр кабеля категории 6А может также существенно отразиться на эффективности использования кабельных трасс, таких, как проволочные и пластиковые кабельные лотки, трубопроводы, монтажные стойки. Два кабеля UTP категории 6А занимают такое же пространство, как и один ленточный 216-волоконный кабель. Высокая плотность укладки волокна и небольшой диаметр оптического кабеля позволяют в помещениях с фальшполами максимально эффективно использовать подпольное пространство для прокладки кабеля и подачи охлаждающего воздуха. Компактность оптического кабеля обеспечивает и максимально эффективное использование емкости подвесных кабельных лотков.

Большее число более толстых медных кабелей означает наличие в кабельных каналах большей массы легковоспламеняющегося материала внешних оболочек и электрической изоляции этих кабелей, а также увеличение объема опасных отходов, возникающих в ходе инсталляции кабельной системы. Кроме того, переполнение кабельных каналов медными кабелями приводит к повышению риска порчи электронного оборудования вследствие перегрева, связанного с ограничением поступления воздушных потоков. В довершение всего блокирование воздушных потоков может ухудшать возможности систем вентиляции по удалению пыли и грязи.

Типичный пленумный кабель длиной 1000 фут (305 м) категории 6А весит 46 фунтов (20,884 кг). Суммарная масса одной только кабельной проводки категории 6А для инсталляции с каналами длиною 200 фут (61 м), включающей 108 подключений 10 Гбит/с, составит примерно 1000 фунтов (454 кг) — сравните это с 40 фунтами (18,16 кг) массы 216-волоконного кабеля той же длины. Большая масса кабелей категории 6А потребует дополнительных затрат на крепежные приспособления, необходимые для поддержки столь значительной нагрузки, и может привести к проблемам сжатия кабелей в кабельных лотках и трубопроводах. Что касается предельных напряжений растяжения, то для кабеля категории 6А оно не должно превышать 25 фунтов (11,35 кг), и при этом инсталляторам следует избегать раскручивания пар, тогда как одноволоконная 2-мм коммутационная перемычка способна выдерживать напряжение растяжения 50 фунтов (22,7 кг), а многоволоконный кабель — 600 фунтов (272,4 кг).

Кроме того, необходимо следить за тем, чтобы радиус изгиба медного кабеля был не менее чем в 4 раза больше внешнего диаметра этого кабеля. Нарушение данного правила отражается на физико-геометрических свойствах кабеля и приводит к деградации его рабочих характеристик. Благодаря меньшему диаметру, оптические кабели имеют эквивалентный или даже меньший, чем медные кабели, минимально допустимый радиус изгиба, что упрощает их инсталляцию.

Инсталляция и полевое тестирование

Ожидается, что трудоемкость инсталляции и тестирования систем 10GBase-T будет существенно превышать трудоемкость инсталляции и тестирования традиционных систем 1000Base-T. Полевое тестирование медных 10-Гбит/с кабельных систем может оказаться куда сложнее, чем тестирование систем предыдущего поколения, и потребует использования сложного тестового оборудования. Необходимо протестировать каждый кабель на соответствие спецификациям по таким параметрам, как вносимые потери, возвратные потери, значения NEXT, PSNEXT, ELFEXT, PSELFEXT, задержка передачи сигналов, неравномерность времени распространения сигнала (Delay Skew) в диапазоне частот от 1 до 500 МГц. Кроме того, нужно выполнить сложные и зачастую еще более трудоемкие измерения межкабельных наводок.

В целях подтверждения полного соответствия 10-Гбит/с спецификациям некоторые производители кабелей UTP категории 6А предлагают проводить выборочное полевое тестирование на межкабельные наводки. Учитывая слишком высокую цену простоев ЦОДов, вряд ли стоит надеяться, что подрядчики, проектировщики сетей и конечные пользователи согласятся на это. Как установили эксперты, на выполнение полного тестирования связки из 24 витопарных кабелей потребуется до 3,75 ч. Вместе с тем полевое тестирование на соответствие 10-Гбит/с спецификациям оптоволоконных кабелей сводится лишь к стандартному измерению сквозных потерь сигнала в линии связи.

Ожидается, что плотность 10-Гбит/с «медных» портов будет составлять максимум 4 или 8 портов на одну плату, причем это связано не только с высоким энергопотреблением (10–15 Вт на порт), но с проблемами рассеяния тепла и перекрестных наводок. Повышенное потребление энергии высокоплотными системами означает и повышенное тепловыделение, что потребует выделения дополнительных средств на организацию охлаждения оборудования.

В рекомендациях Американского общества инженеров систем отопления, охлаждения и кондиционирования воздуха (American Society of Heating, Refrigeration, and Air Conditioning Engineers — ASHRAE; www.ashrae.org) говорится, что на каждый киловатт потребляемой электроэнергии необходимо такое же количество охлаждающей мощности. Большая потребляемая мощность требует более мощных систем охлаждения, что, в свою очередь, увеличивает эксплуатационные расходы на источники бесперебойного питания (ИБП) и системы резервного электропитания.

Согласно подсчетам экспертов увеличение стоимости киловатт-часа электроэнергии на один цент может привести к увеличению затрат на энергопотребление и охлаждение крупного ЦОДа на 3 млн долл. в год. Кроме того, следует ожидать, что на каждый затраченный на электропитание серверов и другого оборудования ЦОДа доллар фирмам придется потратить от одного до двух или даже трех долларов на их охлаждение. Поскольку производители полупроводниковых ИС все еще продолжают бороться за снижение их энергопотребления, ожидается, что крупные производители коммутаторов представят коммерческие продукты 10GBase-T не раньше середины 2008 г.

Преимущества оптоволоконного кабеля

Оптические компоненты, рассчитанные на скорость передачи 10 Гбит/с, имеют явные преимущества по сравнению со своими «медными» собратьями:

• 10-Гбит/с трансиверы X2 поддерживают до 16 портов на одну линейную карту, а максимальная мощность рассеяния такого трансивера составляет всего 4 Вт в расчете на один порт;

• 10-Гбит/с оптические трансиверы XFP поддерживают от 24 до 36 портов на одну линейную карту, максимальная мощность рассеяния составляет 2,5 Вт в расчете на один порт;

• вновь разрабатываемый 10-Гбит/с оптический трансивер SFP+ будет поддерживать до 48 портов на одну линейную карту при максимальной мощности 1 Вт на порт (кроме того, стоимость трансивера SFP+ будет существенно ниже стоимости трансиверов X2 и XFP).

Если сравнить аналогичные по емкости 10-Гбит/с сети на базе оптических и медножильных кабелей, то несложно понять, что «медь» потребует большее число коммутаторов и линейных карт. Для передачи данных на расстояние до 300 м серверным сетевым адаптерам 10GBase-SR обычно хватает мощности менее 9 Вт, тогда как недавно анонсированным сетевым картам 10GBase-T при работе в составе 30-м канала требуется почти 25 Вт. При передаче данных по более протяженным каналам 10GBase-T нужен дополнительный канал подачи электропитания на сетевые адаптеры, поскольку слот PCI-Express способен обеспечивать лишь не более 25 Вт мощности. На оптический сетевой адаптер можно легко по-дать электропитание со слота PCI-Express, что исключает необходимость в дополнительной внешней линии электропитания.

Как и в случае 10-Гбит/с «медных» коммутаторов, высокая мощность потребления 10-Гбит/с «медных» сетевых адаптеров и необходимость их охлаждения приводят к более высоким эксплуатационным расходам.

В дополнение к уже подробно рассмотренным характеристикам оптических систем последние обладают еще пятью отличительными свойствами, дающими им преимущества над витопарными системами. Это возможность передачи на большие расстояния, более низкая потребляемая мощность электронного оборудования и потребность в более низкой охлаждающей мощности кондиционеров, высокая плотность портов, эффективное использование кабельных трасс и технологических пространств и простой способ перехода на более высокие скорости передачи данных.

Возможность передачи на большие расстояния. Оптимизированное для работы с 850-нм лазерами многомодовое волокно OM3 гарантирует последовательную передачу данных на расстояние 300–550 м. Оптоволокно предоставляет проектировщикам сетей большую гибкость при планировании кабельных инфраструктур и использовании новых топологий в ЦОДах. Волокно OM3 способно обеспечить передачу данных на скорости выше 10 Гбит/с, и институт IEEE планирует включить его в новые спецификации в качестве среды передачи для 100-Гбит/с приложений при длине каналов 100 м и более. Даже при самой удачной реализации канала 10GBase-T на витопарных кабелях категорий 6А и 7 его длина ограничена 100 м.

Более низкая мощность потребления и охлаждения. Оптические коммутаторы и серверные интерфейсные карты 10GE потребляют значительно меньшую мощность, чем «медные» коммутаторы и сетевые адаптеры, работающие на аналогичной скорости. Так, оптические трансиверы SFP+ будут потреблять максимум 1 Вт на один порт, тогда как на работу одного порта коммутатора 10GBase-T уходит 10–15 Вт. Чтобы снизить потребляемую «медными» интерфейсами мощность, по всей вероятности, нужна разработка новых микросхем. Хотя многие надеются, что потребляемую кремниевыми микросхемами мощность можно снизить, высокие вносимые потери медных каналов при работе в расширенном частотном диапазоне (необходимом для поддержки технологии 10GBase-T) и использование электронной схемы шумоподавления означают, что потребляемая «медным» оборудованием мощность будет неизбежно выше мощности, необходимой для работы оптического оборудования. Высокое энергопотребление «медного» оборудования 10GE потребует более интенсивного его охлаждения, что означает более высокие эксплуатационные расходы и, возможно, использование более мощных ИБП.

Высокая плотность портов. По сравнению с витопарным кабелем оптоволокно обеспечивает более высокую плотность 10-Гбит/с портов в расчете на одну электронную линейную карту и одну коммутационную панель. В своих коммутационных панелях UTP многие производители снизили плотность портов 10GE вплоть до половины за счет увеличения расстояния между разъемами в целях ослабления перекрестных наводок. Оптоволоконные системы допускают более высокую плотность соединений, позволяя подключить в стоечном пространстве высотой 4U до 1728 волокон.

Эффективное использование кабельных трасс и технологических пространств. Высокая плотность оптоволоконных соединений вкупе с меньшим диаметром оптического кабеля позволяют максимально повысить эффективность использования кабельных каналов под фальшполами. Кроме того, оптические кабели обеспечивают превосходное использование емкости подвесных кабельных лотков. Будучи толще, кабели категории 6А не только требуют организации трубопроводов большего диаметра и увеличивают коэффициент их заполнения, но и затрудняют прокладку кабелей вследствие увеличенного минимального радиуса их изгиба. Как было установлено, на высоких частотах рабочего диапазона систем 10GE обычные смазки, применяемые для протяжки кабелей, негативно влияют на затухание сигналов в медных кабелях. Кроме того, проложенные в пространстве под фальшполом и в подвесных кабельных каналах объединенные в связки медные кабели препятствуют удалению ставших уже ненужными кабелей и создают серьезные проблемы, связанные с межкабельными наводками.

Простой способ перехода на более высокие скорости передачи данных. Оптимизированное для работы с 850-нм лазером 50-мкм многомодовое волокно OM3 предоставляет простой способ поддержки более высокоскоростных систем, таких, как 16- и 32-Гбит/с Fibre Channel и 100-Гбит/с Ethernet. Медный витопарный кабель не способен поддерживать эти скорости по каналам необходимой на практике протяженности. Многие эксперты пришли к следующему выводу: вместо того чтобы полностью переходить на медножильный вариант технологии 10GE, логичнее использовать оптоволокно, поскольку следующим поколением технологии Ethernet, очевидно, станет 100-Gigabit Ethernet, а инфраструктура на основе медножильных кабелей не сможет поддерживать скорость 100 Гбит/с при требуемых длинах каналов.

Заблаговременное планирование

Если когда-либо в будущем вам потребуется поддерживающая 10-Гбит/с скорость кабельная инфраструктура, то сегодня самое время обратить внимание на использование оптики. Оптический кабель на основе многомодового волокна OM3 обладает пропускной способностью, позволяющей поддерживать существующие и будущие высокоскоростные приложения без дополнительных затрат, связанных с демонтажом старой кабельной системы и инсталляцией новой. Оптика дает возможность оптимизировать рабочие характеристики кабельной инфраструктуры, увеличить максимальную протяженность линий передачи, повысить эффективность использования кабельных трасс и технологических пространств, упростить инсталляцию и тестирование кабельной проводки, снизить потребляемую оборудованием мощность, затраты на системы охлаждения и электронное оборудование и добиться наивысшей плотности портов.

Чтобы успевать за все возрастающими требованиями заказчиков к полосе пропускания, витопарному кабелю приходилось буквально биться за место под солнцем практически с первых дней своего появления на рынке. На протяжении последних 20 лет сменились шесть поколений медного кабеля, каждое из которых появлялось в ответ на вновь возникающую волну спроса на полосу пропускания и каждое из которых привносило дополнительные сложности в конструирование и инсталляцию СКС. Между тем одно-единственное поколение многомодового оптоволокна пережило все поколения медного кабеля и по полосе пропускания продолжает превосходить все медные кабельные конструкции. Кроме того, оптоволокно становится все более простым и более дешевым в использовании и инсталляции..

  
5 '2008
СОДЕРЖАНИЕ

бизнес

• Операционный контроль эффективности call-центра

• «Зеленый» CeBIT

инфраструктура

• Тестируем оборудование для БЛВС малых и средних предприятий

• Унифицированные коммуникации — что, зачем, когда?

• Нерешительные покупатели услуг широкополосной мобильной связи

информационные системы

• Как овладеть мастерством обработки электронной почты

• SOA: что дальше?

• Социальные сети становятся все более популярными

• Новая медиаэкосистема: сопротивление бесполезно

• Переосмысление концепции мобильных приложений

кабельные системы

• Кабельная система для сетевого видео

• Оптические соединения — это то, что нужно в ЦОДе

• Пожаробезопасные кабельные системы для ЦОДов

защита данных

• Виртуальные машины и виртуальные страхи

• Mozilla предупреждает пользователей об опасных сайтах

новые продукты

• Маршрутизирующий коммутатор от MRV Communications


• Калейдоскоп


Реклама:
 Copyright © 1996-2008 ООО "Сети и Системы Связи". вверх