راهنمای ارتقاء مراکز داده با کابل‌کشی 10 گیگابیت بر ثانیه

آیا از سرعت پایین شبکه خسته شده‌اید؟ آیا مرکز داده شما احساس می‌کند در گل گیر کرده است؟ وقت آن است که شبکه خود را ارتقا دهید و تجربه فوق‌العاده سریع 10GbE را در آغوش بگیرید! این راهنمای جامع شما را در تمام جنبه‌های کابل‌کشی 10GbE، از انواع کابل‌ها گرفته تا انتخاب کانکتورها و بهترین روش‌ها، راهنمایی می‌کند و به شما کمک می‌کند یک محیط انتقال داده کارآمد و پایدار بسازید که واقعاً مرکز داده شما را به پرواز درآورد.

از زمان معرفی آن در سال 2002، فناوری 10 گیگابیت اترنت (10GbE) به عنوان آینده شبکه‌های پرسرعت در نظر گرفته شده است. در حالی که پذیرش اولیه به دلیل مشکلات سازگاری جزئی با فناوری‌های اترنت قدیمی و هزینه‌های بالا کند بود، رشد انفجاری محاسبات ابری، داده‌های بزرگ و برنامه‌های هوش مصنوعی، تقاضای نمایی برای پهنای باند شبکه ایجاد کرده است. امروزه، 10GbE به لطف عملکرد استثنایی و هزینه‌های فزاینده مقرون به صرفه، به راه‌حل ترجیحی برای مراکز داده و شبکه‌های سازمانی تبدیل می‌شود.

انتخاب کابل مناسب در دنیای 10GbE بسیار مهم است. دو نوع اصلی وجود دارد که باید در نظر بگیرید: مس و فیبر. با افزایش سرعت شبکه، کابل‌های فیبر نوری بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. این به این دلیل است که در نرخ‌های گیگابیت بالا (10 گیگابیت بر ثانیه و بالاتر)، کابل‌های مسی در طول انتقال با فرکانس بالا، تضعیف سیگنال قابل توجهی را تجربه می‌کنند که منجر به کاهش کیفیت سیگنال می‌شود که بر مسافت و پایداری انتقال تأثیر می‌گذارد. این تضعیف سیگنال اغلب به عنوان «نویز بیش از حد» یا «نسبت سیگنال به نویز پایین» نامیده می‌شود.

برای کاربردهای مسافت کوتاه (مانند داخل یک کابینت یا بین کابینت‌های مجاور)، کابل‌های مسی همچنان یک انتخاب مقرون به صرفه هستند. با این حال، برای سناریوهای مسافت طولانی یا با کارایی بالا، کابل‌های فیبر نوری مزایای برتری را ارائه می‌دهند.

کابل‌های فیبر نوری بیشتر به فیبر تک‌ حالته (SMF) و فیبر چند حالته (MMF) تقسیم می‌شوند که عمدتاً با قطر هسته فیبر و حالت انتقال نور متمایز می‌شوند.

• فیبر تک‌ حالته (SMF): با قطر هسته تقریباً 9 میکرومتر (μm)، SMF تنها به یک حالت از سیگنال نور اجازه عبور می‌دهد که منجر به پراکندگی بین‌ حالتی کمتر و پشتیبانی از فواصل انتقال طولانی‌تر می‌شود. SMF معمولاً از فواصل بیش از 10 کیلومتر پشتیبانی می‌کند، و برخی از پیاده‌سازی‌ها به 80-100 کیلومتر یا بیشتر می‌رسند، که به سرعت انتقال، نوع فرستنده و تخصیص اعتبار بافر در سوئیچ‌ها بستگی دارد.
• فیبر چند حالته (MMF): MMF با داشتن قطرهای هسته بزرگتر (معمولاً 50 μm یا 62.5 μm)، به چندین حالت از سیگنال‌های نور اجازه می‌دهد تا همزمان عبور کنند. به دلیل پراکندگی بین‌ حالتی، MMF از فواصل انتقال کوتاه‌تر، معمولاً در 600 متر، بسته به سرعت انتقال و نوع فرستنده، پشتیبانی می‌کند. جالب اینجاست که تفاوت هزینه بین خود کابل‌های فیبر تک‌ حالته و چند حالته ناچیز است، اما سایر اجزای پیوندهای SMF (مانند فرستنده‌ها) معمولاً گران‌تر از همتایان MMF خود هستند.

هنگام برنامه‌ریزی کابل‌کشی مرکز داده، ضروری است در نظر داشته باشید که کابل‌های فیبر نوری معمولاً 15 تا 20 سال عمر دارند. بنابراین، انتخاب کابل‌هایی که از نرخ داده‌های فعلی، آینده و قدیمی پشتیبانی می‌کنند، بسیار مهم است. علاوه بر این، استقرار مقادیر زیادی کابل جدید در مراکز داده موجود می‌تواند زمان‌بر باشد و نیاز به برنامه‌ریزی و اجرای دقیق دارد.

کابل‌های فیبر نوری نیز بر اساس پهنای باند پشتیبانی شده به طور متفاوتی طبقه‌بندی می‌شوند:

• فیبر چند حالته: OM1، OM2، OM3، OM4
• فیبر تک‌ حالته: OS1

در حال حاضر، رایج‌ترین نوع کابل فیبر نوری 10GbE، 10GBASE-SR است که از کانکتورهای SFP+ استفاده می‌کند و به فرستنده‌های نوری با سرعت انتقال 10 گیگابیت بر ثانیه مجهز است. این کابل‌ها همچنین به عنوان کابل‌های فیبر نوری «برد کوتاه» شناخته می‌شوند که برای اتصالات داخل مراکز داده یا بین کابینت‌های مجاور مناسب هستند.

10GBASE-LR یک کابل فیبر نوری «برد بلند» است که از کابل‌ها و کانکتورهای فیبر تک‌ حالته پشتیبانی می‌کند و آن را برای برنامه‌هایی که به انتقال از راه دور نیاز دارند، ایده‌آل می‌کند. OM3 و OM4 فیبرهای چند حالته جدیدتری هستند که برای پشتیبانی از برنامه‌های 10GbE «بهینه شده با لیزر» (LOMMF) شده‌اند. این انواع کابل‌ها همچنین تنها فیبرهای چند حالته هستند که در استاندارد اترنت IEEE 802.3ba 40G/100G، که در ژوئن 2010 تأیید شد، گنجانده شده‌اند. در حال حاضر، سرعت انتقال 40G و 100G با بسته‌بندی چندین کانال به موازات با استفاده از انواع کانکتورهای چند کاناله (یا چند خطی) ویژه به دست می‌آید.

استاندارد مشخص می‌کند که در برنامه‌های 40GbE و 100GbE، OM3 از محدوده مورد انتظار تا 100 متر پشتیبانی می‌کند، در حالی که OM4 تا 150 متر پشتیبانی می‌کند. توجه داشته باشید که اینها تخمین هستند و فواصل پشتیبانی شده واقعی ممکن است بسته به محصولات آینده 40GbE و 100GbE متفاوت باشد. برای جزئیات بیشتر، به بخش «انواع کانکتور» در زیر مراجعه کنید.

برای تطبیق با محیط‌های کابل‌کشی مرکز داده که به طور فزاینده‌ای پیچیده می‌شوند، کابل‌های فیبر نوری چند حالته OM2، OM3 و OM4 (50 μm) و تک‌ حالته OS1 (9 μm) جدید با مقاومت خمشی بهبود یافته توسعه یافته‌اند که به آنها اجازه می‌دهد شعاع‌های خمشی کوچکتر را مدیریت کنند. این کابل‌ها به عنوان «بهینه شده با خم»، «غیر حساس به خم» یا دارای «عملکرد خمشی بهبود یافته» نامیده می‌شوند. حتی در پیچ‌های بسیار تنگ یا شعاع‌های خمشی کوچک، این کابل‌ها حداقل افت سیگنال یا «افت خم» را حفظ می‌کنند. اصطلاح «فیبر چند حالته بهینه شده با خم» (BOMMF) گاهی اوقات استفاده می‌شود.

فیبر تک‌ حالته OS1 معمولاً برای انتقال از راه دور استفاده می‌شود و از فواصل تا 10000 متر (6.2 مایل) با فرستنده‌های استاندارد و حتی فواصل بیشتر با فرستنده‌های تخصصی و زیرساخت‌های سوئیچینگ پشتیبانی می‌کند. هر نوع کابل فیبر چند حالته و تک‌ حالته شامل دو طول موج است که طول موج بالاتر برای اتصالات از راه دور استفاده می‌شود.

کابل‌های فیبر نوری داخلی برای فضای داخلی ساختمان‌ها طراحی شده‌اند، در حالی که کابل‌های بیرونی (که به عنوان کابل‌های خارج از کارخانه یا OSP نیز شناخته می‌شوند) برای کاربردهای خارجی مناسب هستند و دارای ویژگی‌های ضد آب (در برابر مایعات و انجماد) و مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش هستند. کابل‌های داخلی/خارجی، کیفیت محافظتی کابل‌های بیرونی را با روکش‌های مقاوم در برابر آتش ترکیب می‌کنند و امکان استقرار فراتر از حداکثر فواصل OSP در ورودی‌های ساختمان را فراهم می‌کنند و نیاز به اتصالات و اتصالات انتقالی را کاهش می‌دهند.

جدول زیر پشتیبانی از فاصله و سرعت را برای انواع مختلف کابل فیبر نوری در طول موج 850 نانومتر نشان می‌دهد. توجه داشته باشید که کابل‌های با طول موج 1300 نانومتر می‌توانند از فواصل طولانی‌تری پشتیبانی کنند.

در اینجا انواع کابل‌های مسی 10GbE رایج وجود دارد:

رایج‌ترین نوع کابل مسی 10GbE امروزه 10GBASE-CR است که از کابل‌های مسی اتصال مستقیم (DAC) با کانکتورهای SFP+ استفاده می‌کند. این کانکتورها ابعاد و فرم فاکتور یکسانی با کانکتورهای SFP+ برای کابل‌های فیبر نوری دارند و بسیاری از سوئیچ‌های 10GbE کابل‌های کانکتور SFP+ را که از هر دو مس و فیبر پشتیبانی می‌کنند، می‌پذیرند. کابل‌های 10GBASE-CR معمولاً در طول‌های 1 متر، 3 متر، 5 متر، 7 متر، 8.5 متر و طولانی‌تر در دسترس هستند که 3 متر و 5 متر رایج‌ترین هستند.

اتصالات مسی غیرفعال در بسیاری از رابط‌ها رایج هستند. با این حال، با افزایش سرعت انتقال، کابل‌های مسی غیرفعال نمی‌توانند فواصل مورد نیاز را فراهم کنند و فضای فیزیکی بیش از حد را اشغال می‌کنند. در نتیجه، صنعت به سمت رابط‌های کابل مسی فعال حرکت می‌کند تا نیازهای اتصال با سرعت بالاتر را برآورده کند. اتصالات کابل مسی فعال شامل اجزایی است که سیگنال‌ها را تقویت کرده و نویز را کاهش می‌دهند و امکان استفاده از گیج‌های سیم نازک‌تر را فراهم می‌کنند که فاصله انتقال، انعطاف‌پذیری کابل و جریان هوا را بهبود می‌بخشند.

کابل‌ها و کانکتورهای 10GBASE-T شبیه به کابل‌ها و کانکتورهای مورد استفاده برای 1000BASE-T هستند، اما یکسان نیستند. کابل‌های 10GBASE-T از کابل‌های Cat6a (رده 6A)، که به عنوان کابل‌های کلاس EA نیز شناخته می‌شوند، استفاده می‌کنند. این کابل‌ها از فرکانس‌های بالاتر مورد نیاز برای انتقال 10 گیگابیت بر ثانیه با فواصل تا 100 متر (330 فوت) پشتیبانی می‌کنند. کابل‌ها باید برای حداقل 500 مگاهرتز تأیید شوند تا از انطباق با استانداردهای 10GBASE-T اطمینان حاصل شود. کابل‌های Cat7 (رده 7، کلاس F) نیز برای انطباق با 10GBASE-T تأیید شده‌اند و معمولاً در اروپا مستقر می‌شوند. کابل‌های Cat6 ممکن است در استقرار 10GBASE-T تا 55 متر کار کنند، اما ابتدا باید آزمایش شوند. برخی از سوئیچ‌های 10GbE جدیدتر از کانکتورهای 10GBASE-T (RJ45) پشتیبانی می‌کنند.

کابل‌های 10GbE با انواع مختلف کانکتور در دسترس هستند. هر نوع کانکتور شامل تعداد مشخصی خط یا کانال است. تا اوایل سال 2011، سریع‌ترین سرعت کانکتور موجود 10 گیگابیت بر ثانیه در هر خط بود. در حال حاضر، سرعت‌های بالاتر با بسته‌بندی چندین خط به موازات، مانند 4x10 (40 گیگابیت بر ثانیه)، 10x10 (100 گیگابیت بر ثانیه)، 12x10 (120 گیگابیت بر ثانیه) و غیره به دست می‌آیند. اکثر پیاده‌سازی‌های فعلی 40GbE و 100GbE از چندین خط 10GbE استفاده می‌کنند و راه‌حل‌های «متصل به کانال» در نظر گرفته می‌شوند.

به طور خلاصه، رایج‌ترین انواع کابل 10GbE امروزه از کانکتورهای SFP+ استفاده می‌کنند.

• اتصالات با فاصله کوتاه: برای اتصالات داخل یک کابینت یا بین کابینت‌های مجاور، از DAC با کانکتورهای SFP+، که به عنوان 10GBASE-CR نیز شناخته می‌شوند، استفاده کنید.
• اتصالات با فاصله متوسط: برای اتصالات با فاصله متوسط، از کابل‌های فیبر چند حالته بهینه شده با لیزر (LOMMF) با کانکتورهای SFP+، به ویژه OM3 یا OM4، استفاده کنید.
• اتصالات با فاصله طولانی: برای اتصالات از راه دور، از کابل‌های فیبر تک‌ حالته (OS1)، که به عنوان 10GBASE-LR نیز شناخته می‌شوند، استفاده کنید.
• اتصالات 10GBASE-T: اگر زیرساخت سوئیچینگ اترنت و آداپتورهای شبکه شما از کابل‌ها و کانکتورهای 10GBASE-T (RJ45) پشتیبانی می‌کنند، از کابل‌های Cat6 یا Cat6a استفاده کنید. به یاد داشته باشید که انتخاب کابل شما به سوئیچ بستگی دارد، نه آداپتورهای موجود در محیط شما.