Потребность в многоволоконной соединяемости с низкими потерями в современном центре обработки данных

Керри Хигби

На данном этапе менеджеры ЦОД наиболее озабочены, среди прочего, вопросом ресурсов вносимых оптических потерь, особенно в современных объемных средах виртуализированных серверов с магистральными межкоммутаторными развертываниями на большие расстояния 40- и 100-гигабитных сетей Ethernet (GbE) для создания сетей связи и сетей хранения данных (SAN). Ресурсы потерь следует учитывать на ранних этапах конструирования любого центра обработки данных; предотвращение превышения ресурса потерь существенно важно для надлежащей передачи оптических сигналов данных между коммутаторами без высокой частоты появления ошибочных битов и ухудшения показателей производительности. Керри Хигби (CarrieHigbie), директор по глобальным решениям ЦОД и эксперт компании Siemon по услугам в сфере сетевой инфраструктуры, дает рекомендации касательно количества и типа соединений с низкими потерями, подходящих для широкого диапазона применений и конфигураций.

Одним из ключевых и важнейших факторов, которые привели к росту озабоченности проблемой баланса потерь волокна, является переход на скорость передачи данных 10, 40 и 100 Гб/с в сетях Ethernet, а также с 8 Гб/с на 16 Гб/с и 32 Гб/с в сетях хранения данных с оптоволоконными каналами. По мере возрастания пропускной способности и скорости передачи данных требования к вносимым потерям становятся более строгими, чем когда-либо. Если длина и тип оптоволоконного кабеля, а также количество соединителей и сростков способствуют потерям на линии, менеджерам ЦОД необходимо высчитывать каждую точку и сегмент соединения в своих оптоволоконных каналах.

Динамические потери архитектур

Традиционные трехуровневые архитектуры с коммутатором уровня 3 широко применяются в центрах обработки данных; с учетом многокоммутаторных уровней и скоростей оптоволоконных магистралей 10 гигабит в секунду (Гб/с) расстояние и скорость передачи данных между коммутаторами остались достаточно малыми для того, чтобы большинство центров обработки данных сохраняли два или больше соединителей без превышения ресурсов оптических потерь линии. Тем не менее, традиционные трехуровневые архитектуры уже не являются идеальным решением для крупных виртуализированных центров обработки данных.

Многие центры обработки данных переходят на архитектуру с коммутационными матрицами, использующую только два коммутаторных уровня с меньшими межкоммутаторными скачками. Коммутационные матрицы обеспечивают более низкую задержку и большую пропускную способность между любыми двумя точками благодаря преимуществам физических соединений кабельных укладок (порт к порту) коммутаторов по сравнению с восходящими каналами связи от коммутатора нижнего уровня к коммутатору более высокого уровня.

Коммутационные матрицы «утолщенного дерева», также называемые архитектурой «leaf and spine», являются одними из наиболее распространенных коммутационных матриц, используемых в современных виртуализированных центрах обработки данных. Архитектура «утолщенного дерева» состоит из межкомпонентных коммутаторов («spine»), размещенных в главной зоне распределения (MDA), и коммутаторов доступа («leaf»), размещенных в горизонтальной зоне распределения (HDA), либо EDA, каждый из которых подсоединяется или подключается восходящим образом к каждому межсетевому коммутатору в сети, обычно с помощью оптоволокна.

Хотя архитектура «утолщенного дерева» использует доступ к основанным на стандартах оптоволоконным кабельным системам для установления большого количества активных соединений между меньшим числом коммутаторов, такие новые конструктивные решения центров обработки данных зачастую приводят к увеличению расстояний между межсетевыми коммутаторами и коммутаторами доступа.

Для обеспечения управляемости и гибкости, удобства монтажа и модернизации, а также ограничения доступа к ключевым коммутаторам многие руководители центров обработки данных нуждаются в прокладывании многочисленных сопряженных пар для поддержки пунктов реализации или удобных зон оптоволоконной коммутации (кросс-соединения).

Удобные зоны коммутации включают использование оптоволоконных коммутационных панелей, которые зеркально отображают порты межсетевых коммутаторов и с помощью постоянных или фиксированных соединений подключаются к оптоволоконным коммутационным панелям, зеркально отображающим порты коммутаторов доступа. Такие панели можно помещать в отдельных шкафах, что обеспечивает защиту и неприкосновенность коммутаторов. Они также обеспечивают упрощенные перемещения, добавления и изменения благодаря формированию конфигурации «каждый со всеми», в которой любой коммутационный порт можно подсоединить к любому другому коммутационному порту, просто изменив положение соединений оптоволоконных перемычек в зоне коммутации.

В качестве идеального решения для больших ЦОД или при распределении оптоволокна на несколько функциональных зон либо областей использование кросс-соединений между межсетевыми и/или коммутаторами доступа может также позволить единовременный монтаж постоянной кабельной системы с большим количеством волокон от MDA до HDA. Это позволяет использовать магистральные оптоволоконные кабельные системы для различных целей (создания сетей или
систем хранения данных) без множества изменений, а также упрощать процесс добавления новых коммутаторов доступа и оборудования в ЦОД.

Использование таких ценных кросс-соединений создает дополнительные коммутационные порты с дальнейшими потерями в оптоволоконном канале. В дальнейшем стандартные значения вносимых потерь MPO/MTP могут создать для руководителей ЦОД риск превышения ресурсов оптических потерь линии, зачастую препятствуя применению кросс-соединений и требуя дальнейшего использования длинных сегментов оптоволокна, что существенно ограничивает гибкость и усложняет внесение изменений и модернизацию.

Принципы соединений для снижения потерь

Соединители MPO или MTP быстро входят в обычную практику для межкоммутаторных соединений за счет их претерминированных преимуществ «plug and play» и простоты наращивания скоростей с 10 до 40 и 100 Гбит. К сожалению, вносимые потери типичного модуля MPO/MTP могут препятствовать наличию более чем двух сопряженных соединений в оптоволоконном канале, что существенно ограничивает гибкость конструкции и управление центром обработки данных. В качестве усовершенствованной альтернативы соединители MPO/MTP с низкими потерями, в отличие от соединителей со стандартными потерями, более эффективно поддерживают гибкость множественных сопряженных соединений в широком диапазоне расстояний и конфигураций наряду с соблюдением ресурса потерь.

Соединители MTP с низкими потерями могут уменьшить потери до 0,20 дБ, а соединители LC и SC с низкими потерями – до 0,15 дБ (обычно 0,1 дБ). Для 10-гигабитных сетей Ethernet оптоволоконные перемычки LC с низкими потерями обеспечивают потери 0,15 дБ (обычно 0,1 дБ), тогда как модули MTP-LC или MTP-SC «plug and play» с низкими потерями обеспечивают потери 0,35 дБ (обычно 0,25 дБ). Для 40- и 100-гигабитных сетей Ethernet пластины для сквозных адаптеров MTP-MTP с низкими потерями и оптоволоконные перемычки MTP обеспечивают потери 0,2 дБ.

Такие сниженные показатели потерь дают руководителям ЦОД возможность развернуть больше коммутационных портов, позволяя использовать пункты реализации или кросс-соединения, которые существенно повышают гибкость конфигурирования.

Как показано в таблице 1, применение соединений с низкими потерями позволяет использовать четыре модуля MTP-LC в 10-гигабитном канале Ethernet OM3 или OM4 по сравнению всего с двумя при соединениях со стандартными потерями. Соединения с низкими потерями позволяют использовать восемь подключений MTP-MTP в 100-метровом 40/100-гигабитном канале Ethernet по OM3 по сравнению со всего четырьмя подключениями со стандартными потерями, а также пятью подключениями в 150-метровом 40/100-гигабитном канале Ethernet по оптоволокну OM4 по сравнению со всего двумя подключениями со стандартными потерями.

Для развертывания кросс-соединений между межсетевыми коммутаторами и коммутаторами доступа требуется минимум четыре подключения в зависимости от конфигурации. Поэтому кросс-соединения в оптическом канале значительной длины просто невозможны без соединений с низкими потерями.

Помимо создания большего количества подключений в 10-, 40- и 100-гигабитных каналах Ethernet, соединения с низкими потерями обеспечивают такие же преимущества для развертывания оптоволоконных каналов в сетях хранения данных. Например, прокладывание 150-метрового оптоволоконного канала на 8 Гбит/с (GFC) позволяет использовать максимум четыре модуля MTP-LC с низкими потерями, тогда как компоненты со стандартными потерями позволяют использовать только два модуля. Использование соединений с низкими потерями для развертывания кросс-соединений таким образом упрощает изменение подключений сервера от сетевого восходящего порта к порту системы хранения данных и наоборот путем простой смены перемычки в кросс-соединении.

Краткое изложение

При современной сглаженной коммутационной архитектуре и растущих затратах вследствие вносимых потерь оптических линий оптоволоконные соединения с низкими потерями обеспечивают большее число точек подключения в сетях Ethernet и оптоволоконных каналах в ЦОД.

При необходимости пересмотра расходов на потери на ранних этапах конструирования каких-либо центров обработки данных руководители ЦОД могут использовать оптоволоконные соединения с низкими потерями для обеспечения большего количества подключений в сетях 10, 40 и 100 GbE или в системах хранения данных 8, 16 и 32 GFC. Соединения с низкими потерями могут соответствовать требованиям снижения расходов на потери и обеспечивать гибкость в широком диапазоне расстояний для конфигураций с перспективой на будущее.



Керри Хигби