Przewodnik po modernizacji centrów danych z okablowaniem 10GbE

Czy jesteś sfrustrowany powolnymi prędkościami sieci? Czy Twoje centrum danych wydaje się tkwić w błocie? Czas ulepszyć swoją sieć i doświadczyć błyskawicznej prędkości 10GbE! Ten kompleksowy przewodnik przeprowadzi Cię przez każdy aspekt okablowania 10GbE, od typów kabli po wybór złączy i najlepsze praktyki, pomagając zbudować wydajne, stabilne środowisko transmisji danych, które naprawdę sprawi, że Twoje centrum danych wzbije się w górę.

Od czasu wprowadzenia w 2002 roku, technologia 10 Gigabit Ethernet (10GbE) jest uważana za przyszłość szybkich sieci. Chociaż wczesne przyjęcie było powolne ze względu na częściowe problemy z kompatybilnością wsteczną z starszymi technologiami Ethernet i wysokie koszty, gwałtowny wzrost przetwarzania w chmurze, dużych zbiorów danych i aplikacji sztucznej inteligencji stworzył wykładniczy popyt na przepustowość sieci. Obecnie 10GbE staje się preferowanym rozwiązaniem dla centrów danych i sieci korporacyjnych, dzięki wyjątkowej wydajności i coraz bardziej przystępnym cenom.

Wybór odpowiedniego kabla jest kluczowy w świecie 10GbE. Należy wziąć pod uwagę dwa główne typy: miedziany i światłowodowy. Wraz ze wzrostem prędkości sieci, kable światłowodowe stają się coraz bardziej powszechne. Dzieje się tak dlatego, że przy wysokich prędkościach gigabitowych (10Gb+), kable miedziane doświadczają znacznego tłumienia sygnału podczas transmisji o wysokiej częstotliwości, co prowadzi do pogorszenia jakości sygnału, co wpływa na odległość i stabilność transmisji. To tłumienie sygnału jest często określane jako "nadmierny szum" lub "niski stosunek sygnału do szumu".

Do zastosowań na krótkich dystansach (takich jak w szafie lub między sąsiednimi szafami), kable miedziane pozostają opłacalnym wyborem. Jednak w przypadku scenariuszy na duże odległości lub o wysokiej wydajności, kable światłowodowe oferują lepsze zalety.

Kable światłowodowe dzielą się dalej na światłowody jednomodowe (SMF) i światłowody wielomodowe (MMF), które różnią się głównie średnicą rdzenia włókna i trybem transmisji światła.

• Światłowód jednomodowy (SMF): O średnicy rdzenia około 9 mikrometrów (μm), SMF pozwala na przejście tylko jednego trybu sygnału świetlnego, co skutkuje mniejszą dyspersją międzymodową i obsługą dłuższych odległości transmisji. SMF zazwyczaj obsługuje odległości przekraczające 10 kilometrów, a niektóre implementacje osiągają 80-100 kilometrów lub więcej, w zależności od prędkości transmisji, typu transceivera i alokacji kredytów buforowych w przełącznikach.
• Światłowód wielomodowy (MMF): Posiadający większe średnice rdzenia (zazwyczaj 50 μm lub 62,5 μm), MMF pozwala na jednoczesne przejście wielu trybów sygnałów świetlnych. Ze względu na dyspersję międzymodową, MMF obsługuje krótsze odległości transmisji, zwykle w granicach 600 metrów, w zależności od prędkości transmisji i typu transceivera. Co ciekawe, różnica kosztów między kablami światłowodowymi jednomodowymi i wielomodowymi jest minimalna, ale inne komponenty w łączach SMF (takie jak transceivery) są zazwyczaj droższe niż ich odpowiedniki MMF.

Planując okablowanie centrum danych, należy pamiętać, że kable światłowodowe mają zazwyczaj żywotność od 15 do 20 lat. Dlatego kluczowe jest wybranie kabli, które obsługują obecne, przyszłe i starsze prędkości transmisji danych. Dodatkowo, wdrażanie dużych ilości nowych kabli w istniejących centrach danych może być pracochłonne, wymagając starannego planowania i wdrożenia.

Kable światłowodowe są również klasyfikowane inaczej w zależności od obsługiwanej przepustowości:

• Światłowód wielomodowy: OM1, OM2, OM3, OM4
• Światłowód jednomodowy: OS1

Obecnie najpopularniejszym typem kabla światłowodowego 10GbE jest 10GBASE-SR, który wykorzystuje złącza SFP+ i jest wyposażony w transceivery optyczne o prędkości transmisji 10Gb. Kable te są również znane jako kable światłowodowe "krótkiego zasięgu", odpowiednie do połączeń w centrach danych lub między sąsiednimi szafami.

10GBASE-LR to kabel światłowodowy "dalekiego zasięgu", który obsługuje kable i złącza światłowodowe jednomodowe, co czyni go idealnym do zastosowań wymagających transmisji na duże odległości. OM3 i OM4 to nowsze światłowody wielomodowe, które zostały "zoptymalizowane laserowo" (LOMMF) w celu obsługi aplikacji 10GbE. Te typy kabli są również jedynymi światłowodami wielomodowymi zawartymi w standardzie IEEE 802.3ba 40G/100G Ethernet, zatwierdzonym w czerwcu 2010 r. Obecnie prędkości transmisji 40G i 100G są osiągane poprzez łączenie wielu kanałów równolegle za pomocą specjalnych typów złączy wielokanałowych (lub wielopasmowych).

Standard określa, że w aplikacjach 40GbE i 100GbE, OM3 obsługuje oczekiwany zasięg do 100 metrów, podczas gdy OM4 obsługuje do 150 metrów. Należy pamiętać, że są to szacunki, a rzeczywiste obsługiwane odległości mogą się różnić w zależności od przyszłych produktów 40GbE i 100GbE. Aby uzyskać więcej informacji, zapoznaj się z sekcją "Typy złączy" poniżej.

Aby dostosować się do coraz bardziej złożonych środowisk okablowania centrów danych, opracowano nowe światłowody wielomodowe OM2, OM3 i OM4 (50 μm) oraz jednomodowe OS1 (9 μm) o zwiększonej odporności na zginanie, co pozwala im obsługiwać mniejsze promienie gięcia. Kable te są określane jako "zoptymalizowane pod kątem zginania", "niewrażliwe na zginanie" lub mające "ulepszoną wydajność zginania". Nawet przy bardzo ostrych zakrętach lub małych promieniach gięcia, kable te zachowują minimalną utratę sygnału lub "utratę zginania". Czasami używany jest termin "światłowód wielomodowy zoptymalizowany pod kątem zginania" (BOMMF).

Światłowód jednomodowy OS1 jest zwykle używany do transmisji na duże odległości, obsługując odległości do 10 000 metrów (6,2 mil) ze standardowymi transceiverami, a nawet większe odległości ze specjalistycznymi transceiverami i infrastrukturą przełączania. Każdy typ kabla światłowodowego wielomodowego i jednomodowego zawiera dwie długości fal, przy czym wyższa długość fali jest używana do połączeń na większe odległości.

Kable światłowodowe wewnętrzne są przeznaczone do wnętrz budynków, podczas gdy kable zewnętrzne (znane również jako instalacja zewnętrzna lub OSP) nadają się do zastosowań zewnętrznych, charakteryzujących się wodoodpornością (odpornością na ciecze i zamarzanie) i właściwościami odpornymi na promieniowanie UV. Kable wewnętrzne/zewnętrzne łączą w sobie ochronne właściwości kabli zewnętrznych z ognioodpornymi osłonami, umożliwiając wdrożenie poza maksymalnymi odległościami OSP przy wejściach do budynków, zmniejszając potrzebę łączeń i połączeń przejściowych.

Poniższa tabela przedstawia obsługę odległości i prędkości dla różnych typów kabli światłowodowych przy długości fali 850 nm. Należy pamiętać, że kable o długości fali 1300 nm mogą obsługiwać większe odległości.

Oto typowe typy kabli miedzianych 10GbE:

Najpopularniejszym typem kabla miedzianego 10GbE jest obecnie 10GBASE-CR, który wykorzystuje kable Direct Attach Copper (DAC) ze złączami SFP+. Złącza te mają takie same wymiary i kształt jak złącza SFP+ dla kabli światłowodowych, a wiele przełączników 10GbE akceptuje kable ze złączami SFP+, które obsługują zarówno miedź, jak i światłowód. Kable 10GBASE-CR są zazwyczaj dostępne w długościach 1 m, 3 m, 5 m, 7 m, 8,5 m i dłuższych, przy czym 3 m i 5 m są najczęściej używane.

Pasywne połączenia miedziane są powszechne w wielu interfejsach. Jednak w miarę wzrostu prędkości transmisji, pasywne kable miedziane nie mogą zapewnić wymaganych odległości i zajmują nadmierną przestrzeń fizyczną. W związku z tym branża zmierza w kierunku aktywnych interfejsów kabli miedzianych, aby sprostać wymaganiom połączeń o wyższych prędkościach. Aktywne połączenia kabli miedzianych obejmują komponenty, które wzmacniają sygnały i redukują szumy, umożliwiając cieńsze przekroje przewodów, co poprawia odległość transmisji, elastyczność kabla i przepływ powietrza.

Kable i złącza 10GBASE-T są podobne do tych używanych dla 1000BASE-T, ale nie identyczne. Kable 10GBASE-T używają kabli Cat6a (kategoria 6A), znanych również jako kable klasy EA. Kable te obsługują wyższe częstotliwości wymagane do transmisji 10Gb, na odległościach do 100 metrów (330 stóp). Kable muszą być certyfikowane na co najmniej 500 MHz, aby zapewnić zgodność ze standardami 10GBASE-T. Kable Cat7 (kategoria 7, klasa F) są również certyfikowane pod kątem zgodności z 10GBASE-T i są powszechnie wdrażane w Europie. Kable Cat6 mogą działać w wdrożeniach 10GBASE-T do 55 metrów, ale należy je najpierw przetestować. Niektóre nowsze przełączniki 10GbE obsługują złącza 10GBASE-T (RJ45).

Kable 10GbE są dostępne z różnymi typami złączy. Każdy typ złącza zawiera określoną liczbę pasm lub kanałów. Na początku 2011 roku najszybsza dostępna prędkość złącza wynosiła 10 Gbps na pasmo. Obecnie wyższe prędkości są osiągane poprzez łączenie wielu pasm równolegle, takich jak 4x10 (40 Gbps), 10x10 (100 Gbps), 12x10 (120 Gbps) itp. Większość obecnych implementacji 40GbE i 100GbE wykorzystuje wiele pasm 10GbE i jest uważana za rozwiązania "wiązane kanałowo".

Podsumowując, najpopularniejsze typy kabli 10GbE wykorzystują obecnie złącza SFP+.

• Połączenia krótkodystansowe: Do połączeń w szafie lub między sąsiednimi szafami używaj DAC ze złączami SFP+, znanymi również jako 10GBASE-CR.
• Połączenia średniodystansowe: Do połączeń średniodystansowych używaj kabli światłowodowych wielomodowych zoptymalizowanych laserowo (LOMMF) ze złączami SFP+, a konkretnie OM3 lub OM4.
• Połączenia dalekiego zasięgu: Do połączeń dalekiego zasięgu używaj kabli światłowodowych jednomodowych (OS1), znanych również jako 10GBASE-LR.
• Połączenia 10GBASE-T: Jeśli Twoja infrastruktura przełączania Ethernet i karty sieciowe obsługują kable i złącza 10GBASE-T (RJ45), używaj kabli Cat6 lub Cat6a. Pamiętaj, że wybór kabla zależy od przełącznika, a nie od kart w Twoim środowisku.