| Рубрикатор |  |
 |
| Статьи |  |
ИКС № 10 2009 | |
|
| Андрей СЕМЕНОВ | 13 октября 2009 |
Кабельные решения 10 Гбит: тенденции и потенции
Техника 10-гигабитных кабельных систем развивается сегодня быстрыми темпами. Она позволяет простыми средствами на основе серийно выпускаемой продукции реализовывать проекты ЦОДов и магистральных подсистем.
Одна из характерных особенностей проектов создания информационно-вычислительных систем (ИВС) – постоянное повышение требований к пропускной способности каналов связи. Это обусловлено в первую очередь ростом объемов хранимой и обрабатываемой информации, а также увеличением количества пользователей и расширением зон предоставления информационных сервисов. Усиливает тенденцию и растущая популярность централизованных структур ИВС, ядром которых становятся центры обработки данных (ЦОДы). В ряде случаев такие структуры начинают успешно конкурировать с традиционными распределенными системами.
Сетевой интерфейс типичной современной пользовательской рабочей станции обеспечивает скорость передачи данных до 1 Гбит/с. Нормальное функционирование ИВС достигается при условии, что на следующих по иерархии уровнях ее структуры поддерживаются более высокие скорости. Применительно к ЛВС речь идет по меньшей мере о 10 Гбит/с. Системы массовой памяти, которые строятся на основе оборудования Fibre Channel, имеют другие скорости, но близкие к указанной. Откликаясь на потребности практики в столь быстродействующих каналах связи, промышленность предложила ИТ-отрасли многочисленные серийные образцы техники, позволяющие реализовать 10-гигабитные тракты передачи на оптической и медножильной элементной базе.
Значимость и перспективность кабельных систем, изначально ориентированных на работу с 10-гигабитными информационными потоками, подтверждает тот факт, что функционально полные решения данного класса ввели в состав серийно поставляемого оборудования все без исключения ведущие производители СКС. Причем в подавляющем большинстве случаев эта техника продвигается под отдельной торговой маркой, что подчеркивает важность этого направления для производителей.
Локомотивы внедрения – ЦОДы и магистрали
На нижнем уровне информационной системы скорости в 10 Гбит/с чрезмерно высоки и поэтому не востребованы. Ведь типичному пользователю современной ИВС вполне комфортно работается даже при соединении с системой по 100-мегабитному каналу, серийное оборудование для создания которого было полностью отработано промышленностью еще полтора десятка лет назад. Иначе говоря, в системе «человек–машина» узким местом является именно человек. И ведущие аналитики отрасли едины во мнении, что такое положение дел не изменится ни в ближайшей, ни в обозримой перспективе.
Поэтому локомотивом внедрения техники, изначально рассчитанной на передачу информационных потоков со скоростями 10 Гбит/с и выше, выступают ЦОДы и магистральные каналы. В этих частях информационных систем человек со своими невысокими возможностями восприятия информации отсутствует в принципе и скорость передачи данных ограничивается только быстродействием элементной базы и возможностями управляющего ПО.
Специфика области применения 10-гигабитных решений сделала возможным отход от ряда сложившихся в отрасли стандартов де-факто, казавшихся ранее незыблемыми. Во-первых, нарушилось правило 10-кратного наращивания скорости передачи данных при переходе к следующему поколению сетевых интерфейсов. Примером могут служить системы 40G Ethernet, которые предназначены преимущественно для связи серверов. Во-вторых, стало допустимо строить тракты с максимальной протяженностью 55 м, что позволяет применять заметно более дешевую неэкранированную элементную базу категории 6. В данном случае решающую роль сыграла средняя протяженность тракта кабельной системы ЦОДа, которая заметно меньше, чем в случае офисной СКС.
Оптоволокно, как всегда, впереди
На всех этапах развития волоконно-оптическая техника существенно опережала и опережает системы, реализованные на электропроводном кабеле, по широкополосной «дальнобойности», хотя и уступает им по стоимостным показателям. И 10-гигабитные решения первоначально были созданы именно на основе оптической техники. Внедряются они преимущественно на трактах с высокой скоростью передачи и большой протяженностью.
Такое положение, ставшее практически неписаным законом, определяется вполне конкретными объективными обстоятельствами. При создании сетевого интерфейса нового поколения перед разработчиком встает ряд сложнейших технических проблем, решать которые в случае использования волоконно-оптической техники несколько проще, чем на основе электропроводных систем. Дело в том, что в оптических системах связи принципиально отсутствует значимое для практики взаимовлияние отдельных цепей, а сам волоконный световод как среда передачи сигнала обладает заметно лучшими частотными характеристиками. Высокая скорость передачи, которая до последнего времени традиционно наращивалась на порядок, позволяет добиться вполне приемлемой стоимости, если оценивать ее не абсолютными цифрами, а в пересчете на один бит, что более корректно. Определенное значение для ЦОДа имеет также несколько меньшее энергопотребление передатчика сетевого интерфейса при работе на расстоянии порядка нескольких десятков метров. Немаловажно и то, что при создании оптического интерфейса ЛВС его разработчик может в полной мере использовать тот задел, который был накоплен в процессе развития сетей связи общего пользования.
В линейной части оптической подсистемы следует обратить особое внимание на перспективность так называемых ленточных оптических кабелей, обусловленную высокой плотностью их конструкции. По данному параметру ленточные кабели превосходят наиболее популярные в проектах построения СКС традиционные распределительные изделия (distribution) примерно в 3 раза. Благодаря этому можно уменьшить внешний диаметр оптического кабеля, что для ЦОДа имеет первостепенное значение.
Все более широкое применение ленточных оптических кабелей в проектах реализации СКС стимулируется необходимостью поддержки функционирования перспективных 40- и 100-гигабитных сетевых интерфейсов, опытные образцы которых намечено внедрить уже в 2010–2011 гг. На этом уровне скоростей начинает играть роль использование технически более выгодных схем параллельной передачи, для которых очень значим разброс времени задержки (skew). Недавние исследования показали, что у ленточных волокон этот параметр примерно в 3 раза ниже, чем у кабелей со свободной укладкой отдельных волокон.
Техника параллельной передачи, в свою очередь, оказывает мощное стимулирующее воздействие на масштабы применения в оптических подсистемах СКС групповых разъемных соединителей. С целью сокращения времени и затрат на НИОКР отрасль пока склоняется к использованию серийных разъемов типа MPO, характеристики которых (в первую очередь количество одновременно коммутируемых волокон, вносимые потери и уровень обратного отражения) вполне соответствуют современным и перспективным требованиям практики.
Оптические тракты СКС могут строиться на базе кабелей трех различных типов: стандартных одномодовых (G.652) и многомодовых калибров 62,5/125 и 50/125. Плохие частотные характеристики волокон 62,5/125 (изделия категории ОМ1) привели к практически полному вытеснению их из проектов построения новых кабельных систем. Вместе с тем стремление использовать в максимальном количестве случаев многомодовые линии, имеющие хорошие экономические параметры, привело к появлению волокон категории ОМ4. Эти световоды калибра 50/125 полностью совместимы по геометрическим характеристикам с волокнами категорий ОМ2 и ОМ3 и без ограничений могут применяться вместе с ними в одном тракте. Сильной стороной изделий категории ОМ4 является коэффициент широкополосности (более 4,5 ГГц • км), который позволяет передавать 10-гигабитный сигнал на заметно б'ольшие расстояния (до 550–600 м против 300 м для волокон категории ОМ3), т.е. там, где из экономических соображений предпочтительнее использование многомодовой техники.
Решения на симметричном кабеле обживают ЦОДы
Как уже говорилось, начало использования в широкой инженерной практике функционально законченных и серийно выпускаемых решений на основе симметричного кабеля отстает от внедрения волоконно-оптических систем с аналогичными скоростными характеристиками. Опыт последних десятилетий свидетельствует, что запаздывание составляет в среднем пять лет. В качестве фокусной области применения электропроводных симметричных трактов предполагаются линии небольшой протяженности, которые в массовом масштабе реализуются в ЦОДах.
Переход на требуемые в данном сегменте скорости 10 Гбит/с дал мощный импульс к более широкому применению экранированной техники. Это вызвано следующими факторами:
• эффективное подавление межкабельных помех, что позволяет заметно улучшить массогабаритные показатели решения в целом за счет снижения внешнего диаметра кабеля и более полного использования емкости кабельных каналов;
• очень ограниченная территория установки (ЦОД, классическая аппаратная), а также наличие в ней большого объема активного сетевого оборудования автоматически решают проблему получения качественного телекоммуникационного заземления, жизненно необходимого для правильного функционирования экранированной СКС;
• скорость передачи данных в оборудовании следующего поколения 40 и тем более 100 Гбит/с может быть реально получена только на конструкциях с характеристиками, отвечающими требованиям категории не ниже 7а. Такие изделия могут быть реализованы только в варианте S/FTP.
Отметим, что практическое освоение качественно нового диапазона скоростей передачи не требует проведения масштабных НИОКР. Речь идет всего лишь о доработке существующей техники, причем в качестве прототипа используются кабели категории 7, созданные еще в середине 90-х годов прошлого столетия. В случае привлечения для формирования цепей передачи разработанных несколько позднее стандартных разъемов Tera могут быть созданы тракты с теоретической пропускной способностью 55 Гбит/с. Не случайно многие изделия перспективной категории 7а выводятся на рынок в результате простой пересертификации хорошо освоенной в серийном производстве техники категории 7.
Область применения 10-гигабитных решений на симметричном кабеле делает излишним соблюдение требований к некоторым параметрам тракта передачи, которые были механически перенесены в стандарты на кабельную систему ЦОДа из нормативных документов офисных СКС. Так, целесообразно отказаться от безусловного соблюдения норм по сопротивлению шлейфа на постоянном токе. Вызванное этим увеличение затухания не оказывает значимого влияния на процесс передачи высокоскоростных информационных потоков при длинах трактов, характерных для правильно спроектированного ЦОДа. Вместе с тем, поскольку вероятность применения оборудования РоЕ в ЦОДах исчезающе мала, увеличение сопротивления шлейфа там некритично.
Относительно небольшие длины трактов позволяют также без принятия специальных мер эффективно «обмануть» датчик подключения интерфейсного порта сетевого оборудования. Принцип действия этого устройства основан на использовании сопротивления шлейфа в качестве одного из критериев формирования сигнала, разрешающего начало процесса передачи. Для того чтобы исключить возможность использования таких кабелей при построении классических СКС офисного типа и сделать невозможным невыполнение положений стандартов, поставка данных изделий осуществляется не привычными для монтажников коробочными или катушечными упаковками по 305 м (1000 футов), а строительными длинами не более 70 м.
Претерминированные решения – от оптики в электропроводные системы
Предельно ограниченный энергетический потенциал 10-гигабитных оптических сетевых интерфейсов и сложность монтажа групповых разъемов в полевых условиях привели к массовому внедрению модульно-кассетных решений. Суть такого подхода состоит в том, что отдельные компоненты тракта передачи поступают на объект установки СКС в полностью готовом виде. При этом все работы по монтажу сводятся к прокладке линейных кабелей и механическому подключению вилок разъемов претерминированных сборок к розеткам кассет, совокупность которых (обычно три-четыре штуки) образует панель СКС. А наличие у кассет и сборок заводского паспорта устраняет необходимость достаточно сложного и дорогого тестирования стационарной линии и/или тракта, сформированных на их основе.
Исторически претерминированные изделия начали использоваться в оптических подсистемах, что было связано со стремлением вывести из технологического процесса сложную процедуру установки элементов разъемных соединителей в полевых условиях. Сегодня подобный подход начинает активно проникать и в электропроводные подсистемы. Этому способствуют два фактора. Во-первых, получить характеристики категории 6а при традиционной установке розеток разъемов непосредственно на объекте монтажа очень сложно. Обучение монтажников, применение различных шаблонов и внедрение различных полуавтоматических приспособлений не позволяют решить эту проблему в полном объеме в первую очередь из-за того, что верхняя граничная частота кабельных трактов класса EA составляет 500 МГц. Во-вторых, ограниченные габариты ЦОДа и практически обязательное наличие в нем фальшпола дают возможность точно определить длину линейного кабеля сборки и не ухудшать экономические показатели проекта излишними запасами.
Резервы современной элементной базы позволяют приступить к созданию следующего поколения сверхвысокоскоростных СКС: за 10-гигабитными кабельными системами в обязательном порядке в самое ближайшее время последуют 40- и 100-гигабитные системы.
Общей тенденцией становится массовое применение при реализации проектов претерминированных решений, полностью исключающих проведение работ по установке элементов разъемных соединителей непосредственно на объекте монтажа СКС
Адрес: 105082, Россия, г. Москва, 2-й Ирининский пер, д. 3