Rambler's Top100
 
Статьи ИКС № 1 2022
Николай ЕФИМОВ  20 января 2022

Высокие скорости в ЦОДах: поддержка будущих потребностей

Многоволоконные системы MPO/MTP становятся основой для реализации высокоскоростных линий в ЦОДах. Эффективность использования техники MPO/MTP зависит от правильного выбора полярности кабельных сегментов, типов коннекторов и количества волокон.

Современный человек как в бизнес-среде, так и в частной жизни имеет дело с огромными массивами данных. Скорости, требуемые для их передачи, достигли невиданных ранее величин и, без сомнения, будут расти и дальше. Колоссальное количество оборудования постоянно подключено к интернету, одних только устройств интернета вещей, по некоторым оценкам, к 2025 г. будет насчитываться 30,9 млрд. Это повлияет на развитие центров обработки данных всех типов и размеров – для них станут жизненно необходимыми более высокие скорости передачи и обработки информации, более высокая пропускная способность среды передачи.

Существующая инфраструктура ЦОДов (и коммутационные компоненты в частности) должна соответствовать растущим потребностям и постоянно совершенствующимся сетевым приложениям. Многие компании начинают разрабатывать стратегии постепенного перехода от существующих 10-гигабитных приложений к приложениям 40,100, 200 и 400G. Осуществлять такой переход предстоит уже в ближайшие годы. Коммутационные компоненты должны позволить выполнить эту задачу.

В сверхбольших корпоративных ЦОДах и в коммерческих дата-центрах, оказывающих услуги colocation, сейчас все шире используются компоненты MPO/MTP (Multi-fibre Push On/ Multi-Fibre Termination Push-on). Многоволоконные соединения позволяют организовать высокоскоростную передачу в оптических магистралях самым простым и экономичным способом: увеличить скорость и пропускную способность за счет одновременной передачи по многим волокнам. Интерфейс MPO/MTP дает возможность перейти от текущих 10-гигабитных приложений Ethernet как к скоростям 40G, так и 100G, и даже 400G.

Ключевые особенности и возможности разъемов MPO/MTP

Многоволоконный разъем MPO прямым движением защелкивается в проходном адаптере или гнезде. Интерфейс описан в международном стандарте IEC 61754-7-1. Сегодня коннекторы MPO/MTP выпускаются в 8-, 12-, 16- или 24-волоконном исполнении. Были попытки предложить и 32-волоконный разъем, но самыми популярными оказались варианты MTP-8 и MTP-12. Интерфейс MPO/MTP может поддерживать многомодовые оптические приложения, например, 40GBase-SR4, 100GBASE-SR10 и 400GBASE-SR16, а также использоваться для новых решений в одномодовой среде, включая приложения 200GBASE DR-4 и 400GBASE DR-4. Коннекторы MTP теперь могут применяться и для реализации приложений Fibre Channel.

Рост скоростей передачи сопровождается усложнением конструкции разъемов, однако системы, построенные на компонентах MPO/MTP, не сложнее привычных симплексных и дуплексных интерфейсов, особенно если следовать положениям стандартов и рекомендованным подходам. Эффективность использования технологии MPO/MTP зависит от понимания и правильного применения трех ее аспектов: полярности кабельных сегментов, типов коннекторов и количества волокон, задействуемых разными приложениями.

Полярность волокон и используемые варианты

Оптические системы построены по общему принципу: на одном конце оптического канала находится передатчик, на другом – приемник, а среда обеспечивает передачу сигналов от одного к другому. Для работы оборудования необходимо, чтобы на маршруте от передатчика к приемнику в порядке волокон не происходило непредусмотренной смены позиций. Порядок волокон на концах сегмента определяется полярностью. Стандарт TIA-568 описывает три варианта полярности: тип A, тип B и тип C (рис. 1). Их применение позволяет создать требуемый в каждом случае порядок волокон для доведения сигналов от приемника к передатчику.

В кабельных сегментах с полярностью типа A (Type A) раскладка волокон соответствует принципу 1 – 1, 2 – 2 и далее до позиций 12 – 12 для последнего волокна (в 12-волоконном сегменте). Чтобы обеспечить такой порядок без физического перекрещивания волокон, разъем MPO на одном конце кабельного сегмента ориентирован ключом вверх (key up), а на другом – ключом вниз (key down). Нумерация позиций волокон ведется по торцу коннектора слева направо (для наблюдателя при этом ключ расположен вверху). Полярность типа A сохраняет исходные позиции волокон на втором конце кабельного сегмента – это прямой (или последовательный) порядок волокон.
 
Рис. 1. Варианты полярности сегментов MTP и порядок волокон в проходных адаптерах

Полярность типа B (Type B) соответствует принципу «первый – последний» и обеспечивает обратный порядок волокон в кабельном сегменте: волокно из позиции 1 на ближнем конце ведет к позиции 12 на дальнем конце, затем идут позиции 2 – 11, 3 – 10, … и последнее волокно 12 приходит на позицию 1. Такое расположение достигается за счет того, что коннекторы MPO ориентированы ключами вверх на обоих концах, поэтому необходимости физически перекрещивать волокна нет, как и в типе A. Обратите внимание на нумерацию позиций на разных концах сегмента для типа B (см. рис. 1).

В полярности типа C (Type C) подразумевается, что ключи на коннекторах на разных концах сегмента ориентированы по-разному: на одном конце разъем MPO с ключом вверху (key up), на другом – с ключом внизу (key down). При этом волокна в сегменте расположены в попарно обратном порядке: позиция 1 ведет к позиции 2, позиция 2 – к позиции 1, далее позиции 3 – 4, 4 – 3, затем 5 – 6, 6 – 5, …, 11 – 12, 12 – 11.

Попарно обратный порядок волокон наилучшим образом соответствует потребностям дуплексных приложений – например, 10 Гбит/с. Полярность типа C – самый простой (и рекомендованный стандартами) способ реализовать 10-гигабитные приложения в системе, построенной на многоволоконном интерфейсе MPO/MTP. Для перехода на дуплексный интерфейс на концах сегмента устанавливаются модули (кассеты) MTP/LC, к которым подключаются дуплексные оптические шнуры LC. Если же в системе потребуется перейти на параллельные оптические приложения (например, 40 или 100 Гбит/с), то вместо кассет на концах нужно будет установить проходные адаптеры MTP. К ним будут подключаться на одном конце многоволоконный шнур MTP, выполненный по типу C, а на другом – шнур MTP с полярностью типа B, что в итоге обеспечит высокоскоростным параллельным приложениям необходимый обратный порядок волокон.

Тип коннектора (male/female)

В конструкции разъемов MTP male («папа») имеются направляющие – два металлических штырька, а в разъемах MTP female («мама») под них предусмотрены соответствующие пазы (рис. 2). Это гарантирует корректное выравнивание торцов волокон при стыковке вне зависимости от того, используется 8- или 12-волоконная конфигурация. 
 
Рис. 2. MTP-коннекторы типов female и male

Стандарты рекомендуют, чтобы многоволоконные коммутационные шнуры, подключаемые к фиксированному сегменту, использовали female-разъемы на обоих концах. Соответственно в самом фиксированном многоволоконном сегменте на обоих концах должны применяться male-разъемы, оснащенные штырьками. Такой подход исключает ошибки при подключении шнуров, поскольку концы шнуров одинаковы, и минимизирует риск повреждения компонентов MTP из-за неверного сочетания типов разъемов. 

К сожалению, в настоящее время на многих объектах установлены фиксированные сегменты с female-разъемами на концах. Поскольку стыковать между собой можно только разнотипные разъемы, подключая коннекторы male только к коннекторам female и наоборот, пользователям приходится внимательно следить за тем, какие шнуры к каким портам подключать. Попытки состыковать между собой два male-коннектора практически всегда ведут к их повреждению.

Количество волокон

Важно учитывать, сколько волокон в сегменте будет задействовано в передаче сигналов. В разъеме MTP предусмотрено 12 позиций для волокон (24-волоконные варианты на сегодняшний день не получили широкого распространения). Дуплексные приложения используют все 12 позиций – в передаче задействуется шесть пар волокон. Высокоскоростные параллельные оптические приложения (40 и 100G) используют только восемь волокон – первые четыре и последние четыре – оставляя позиции в центре незадействованными, что экономически не очень выгодно.

Поэтому при проектировании инфраструктуры нужно учитывать, какие приложения будут использоваться в системе и сколько волокон для этого требуется. Будут ли реализованы только дуплексные решения? Нужен ли для работы полнофункциональный сегмент MTP-12? Или, возможно, сначала в системе будут применяться дуплексные решения, а затем будет решено перейти к параллельной передаче по сегменту MTP, где достаточно восьми волокон?

Если предполагается применять только дуплексные приложения, то лучшим выбором будет система на основе 12-волоконных сегментов MTP с полярностью типа C. Если уже сейчас предполагается реализовывать параллельную передачу, то наиболее экономически выгодным решением будут, вероятно, компоненты MTP Base-8 (рис. 3), в которых присутствуют всего восемь волокон (первые четыре и последние четыре позиции из 12), а центральные позиции оставлены пустыми. В сегментах MTP-8 используется полярность типа B. Такое решение имеет два важных преимущества: во-первых, на всех участках системы устанавливаются одинаковые шнуры для коммутации и подключения оборудования; во-вторых, задействуются все имеющиеся волокна – т.е. подключенных, но не работающих волокон в системе нет. В будущем такая восьмиволоконная инфраструктура позволит поддерживать приложения 200G, и для этого в нее не потребуется вносить какие-либо изменения.
 
Рис. 3. Шнур MTP Base-8

Оптические потери

Еще один важный фактор, который необходимо учитывать при проектировании инфраструктуры на основе интерфейса MTP, – оптические потери. По результатам расчета бюджета затухания волоконно-оптической линии вполне может оказаться, что в системе нужно применять компоненты с уменьшенными оптическими потерями (low-loss). 

Компоненты low-loss обеспечивают существенно меньший уровень совокупных потерь в сравнении с обычными оптическими компонентами. Даже если в конфигурации много коннекторных соединений, общие потери будут невелики. Применение в ЦОДах компонентов low-loss делает инфраструктуру более гибкой и дает возможность более широкого выбора конфигураций в ходе эксплуатации системы.

Тестирование и диагностика многоволоконных систем

Чтобы гарантировать параметры и надежную работу установленных многоволоконных систем MTP, надо протестировать среду передачи, а при необходимости провести ее диагностику.

Выполнение измерений в многоволоконных системах имеет ряд особенностей. Во-первых, требуется обеспечить чистоту, отсутствие пыли и других загрязнений, причем для многоволоконных разъемов нужно применять специально разработанные средства очистки. Во-вторых, тестер нужно корректно настроить для измерений в многоволоконных системах, использовать правильно рассчитанные величины максимальных оптических потерь, определенные с учетом конфигурации сегментов и класса компонентов, установленных в них. Прежде чем подключать тестовые перемычки или шнуры к проходным адаптерам оптических панелей, портам активного оборудования или измерительным приборам, коннекторы нужно очистить. Только так можно предотвратить перенос загрязнений со шнуров на разъемы структурированной кабельной системы или порты оборудования.

* * *

Чтобы удовлетворить потребности в постоянном повышении скоростей передачи, в оптической инфраструктуре все шире применяется интерфейс MPO/MTP. В ЦОДах такие решения станут основой для реализации высокопроизводительных приложений. Хотя многоволоконные решения выглядят более сложными в сравнении с привычными оптическими системами, именно они прокладывают путь к использованию в будущем скоростей 200 Гбит/с и выше. Если следовать рекомендациям и грамотно выбирать полярность, тип коннекторов и количество волокон, соответствующие требованиям конкретных приложений, правильно выполнять процедуры тестирования и не забывать об очистке волокон, то инфраструктура MTP обеспечит необходимую пропускную способность и поддержку приложений в течение всего периода эксплуатации.

Николай Ефимов, технический менеджер в России, Siemon
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!