Hướng dẫn nâng cấp trung tâm dữ liệu với cáp 10gbe

Bạn có cảm thấy bực mình vì tốc độ mạng chậm chạp không? Trung tâm dữ liệu của bạn có cảm giác như bị mắc kẹt trong bùn lầy không? Đã đến lúc nâng cấp mạng của bạn và tận hưởng trải nghiệm nhanh như chớp của 10GbE! Hướng dẫn toàn diện này sẽ hướng dẫn bạn mọi khía cạnh của việc đi cáp 10GbE, từ các loại cáp đến lựa chọn đầu nối và các phương pháp hay nhất, giúp bạn xây dựng một môi trường truyền dữ liệu ổn định, hiệu quả, thực sự khiến trung tâm dữ liệu của bạn bùng nổ.

Kể từ khi ra mắt vào năm 2002, công nghệ 10 Gigabit Ethernet (10GbE) đã được coi là tương lai của mạng tốc độ cao. Mặc dù việc áp dụng ban đầu diễn ra chậm do các vấn đề tương thích ngược một phần với các công nghệ Ethernet cũ và chi phí cao, nhưng sự tăng trưởng bùng nổ của điện toán đám mây, dữ liệu lớn và các ứng dụng trí tuệ nhân tạo đã tạo ra nhu cầu về băng thông mạng theo cấp số nhân. Ngày nay, 10GbE đang trở thành giải pháp được ưa chuộng cho các trung tâm dữ liệu và mạng doanh nghiệp, nhờ hiệu suất vượt trội và chi phí ngày càng phải chăng.

Việc chọn đúng loại cáp là rất quan trọng trong thế giới 10GbE. Có hai loại chính cần xem xét: đồng và sợi quang. Khi tốc độ mạng tiếp tục tăng, cáp quang ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn. Điều này là do ở tốc độ gigabit cao (10Gb+), cáp đồng gặp phải sự suy giảm tín hiệu đáng kể trong quá trình truyền tần số cao, dẫn đến chất lượng tín hiệu bị suy giảm, ảnh hưởng đến khoảng cách và độ ổn định của đường truyền. Sự suy giảm tín hiệu này thường được gọi là "nhiễu quá mức" hoặc "tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm thấp."

Đối với các ứng dụng khoảng cách ngắn (chẳng hạn như trong một tủ hoặc giữa các tủ liền kề), cáp đồng vẫn là một lựa chọn tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, đối với các tình huống khoảng cách xa hoặc hiệu suất cao, cáp quang mang lại những lợi thế vượt trội.

Cáp quang được chia nhỏ hơn nữa thành sợi quang đơn mode (SMF) và sợi quang đa mode (MMF), chủ yếu được phân biệt bằng đường kính của lõi sợi và chế độ truyền ánh sáng.

• Sợi quang đơn mode (SMF): Với đường kính lõi khoảng 9 micromet (µm), SMF chỉ cho phép một chế độ tín hiệu ánh sáng đi qua, dẫn đến sự phân tán nội bộ thấp hơn và hỗ trợ khoảng cách truyền xa hơn. SMF thường hỗ trợ khoảng cách vượt quá 10 km, với một số triển khai đạt 80-100 km trở lên, tùy thuộc vào tốc độ truyền, loại bộ thu phát và phân bổ tín dụng bộ đệm trong bộ chuyển mạch.
• Sợi quang đa mode (MMF): Với đường kính lõi lớn hơn (thường là 50 µm hoặc 62,5 µm), MMF cho phép nhiều chế độ tín hiệu ánh sáng đi qua đồng thời. Do sự phân tán nội bộ, MMF hỗ trợ khoảng cách truyền ngắn hơn, thường trong vòng 600 mét, tùy thuộc vào tốc độ truyền và loại bộ thu phát. Điều thú vị là sự khác biệt về chi phí giữa cáp sợi quang đơn mode và đa mode là không đáng kể, nhưng các thành phần khác trong liên kết SMF (chẳng hạn như bộ thu phát) thường đắt hơn so với các đối tác MMF của chúng.

Khi lập kế hoạch đi cáp trung tâm dữ liệu, điều cần thiết là phải xem xét rằng cáp quang thường có tuổi thọ từ 15 đến 20 năm. Do đó, việc chọn cáp hỗ trợ tốc độ dữ liệu hiện tại, tương lai và kế thừa là rất quan trọng. Ngoài ra, việc triển khai số lượng lớn cáp mới trong các trung tâm dữ liệu hiện có có thể tốn nhiều công sức, đòi hỏi phải lập kế hoạch và thực hiện cẩn thận.

Cáp quang cũng được phân loại khác nhau dựa trên băng thông được hỗ trợ:

• Sợi quang đa mode: OM1, OM2, OM3, OM4
• Sợi quang đơn mode: OS1

Hiện tại, loại cáp quang 10GbE phổ biến nhất là 10GBASE-SR, sử dụng đầu nối SFP+ và được trang bị bộ thu phát quang được đánh giá cho đường truyền 10Gb. Những cáp này còn được gọi là cáp quang "tầm ngắn", phù hợp với các kết nối trong trung tâm dữ liệu hoặc giữa các tủ liền kề.

10GBASE-LR là cáp quang "tầm xa" hỗ trợ cáp và đầu nối sợi quang đơn mode, khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu truyền đường dài. OM3 và OM4 là các sợi đa mode mới hơn đã được "tối ưu hóa bằng laser" (LOMMF) để hỗ trợ các ứng dụng 10GbE. Các loại cáp này cũng là các sợi đa mode duy nhất được bao gồm trong tiêu chuẩn Ethernet IEEE 802.3ba 40G/100G, được phê duyệt vào tháng 6 năm 2010. Hiện tại, tốc độ truyền 40G và 100G đạt được bằng cách kết hợp nhiều kênh song song bằng cách sử dụng các loại đầu nối đa kênh (hoặc đa làn) đặc biệt.

Tiêu chuẩn quy định rằng trong các ứng dụng 40GbE và 100GbE, OM3 hỗ trợ phạm vi dự kiến ​​lên đến 100 mét, trong khi OM4 hỗ trợ lên đến 150 mét. Lưu ý rằng đây là các ước tính và khoảng cách được hỗ trợ thực tế có thể khác nhau tùy thuộc vào các sản phẩm 40GbE và 100GbE trong tương lai. Để biết thêm chi tiết, hãy tham khảo phần "Các loại đầu nối" bên dưới.

Để đáp ứng các môi trường đi cáp trung tâm dữ liệu ngày càng phức tạp, các cáp quang đa mode OM2, OM3 và OM4 (50 µm) và đơn mode OS1 (9 µm) mới đã được phát triển với khả năng chống uốn cong được cải thiện, cho phép chúng xử lý bán kính uốn nhỏ hơn. Những cáp này được gọi là "tối ưu hóa uốn cong", "không nhạy cảm với uốn cong" hoặc có "hiệu suất uốn cong nâng cao". Ngay cả ở các khúc cua rất chặt hoặc bán kính uốn nhỏ, những cáp này vẫn duy trì tổn thất tín hiệu tối thiểu hoặc "tổn thất uốn cong". Thuật ngữ "sợi đa mode được tối ưu hóa uốn cong" (BOMMF) đôi khi được sử dụng.

Sợi quang đơn mode OS1 thường được sử dụng để truyền đường dài, hỗ trợ khoảng cách lên đến 10.000 mét (6,2 dặm) với bộ thu phát tiêu chuẩn và thậm chí khoảng cách lớn hơn với bộ thu phát chuyên dụng và cơ sở hạ tầng chuyển mạch. Mỗi loại cáp sợi đa mode và đơn mode bao gồm hai bước sóng, với bước sóng cao hơn được sử dụng cho các kết nối đường dài hơn.

Cáp quang trong nhà được thiết kế cho nội thất tòa nhà, trong khi cáp ngoài trời (còn được gọi là cáp bên ngoài nhà máy hoặc OSP) phù hợp với các ứng dụng bên ngoài, có các đặc tính chống thấm nước (chống chất lỏng và đóng băng) và chống tia cực tím. Cáp trong nhà/ngoài trời kết hợp các phẩm chất bảo vệ của cáp ngoài trời với lớp vỏ chống cháy, cho phép triển khai vượt quá khoảng cách tối đa OSP tại lối vào tòa nhà, giảm nhu cầu về các mối nối và kết nối chuyển tiếp.

Bảng dưới đây cho thấy khoảng cách và hỗ trợ tốc độ cho các loại cáp quang khác nhau ở bước sóng 850 nm. Lưu ý rằng cáp bước sóng 1300 nm có thể hỗ trợ khoảng cách xa hơn.

Dưới đây là các loại cáp đồng 10GbE phổ biến:

Loại cáp đồng 10GbE phổ biến nhất hiện nay là 10GBASE-CR, sử dụng cáp Đồng gắn trực tiếp (DAC) với đầu nối SFP+. Các đầu nối này có cùng kích thước và hệ số hình thức như đầu nối SFP+ cho cáp quang và nhiều bộ chuyển mạch 10GbE chấp nhận cáp đầu nối SFP+ hỗ trợ cả đồng và sợi quang. Cáp 10GBASE-CR thường có sẵn với chiều dài 1m, 3m, 5m, 7m, 8,5m và dài hơn, với 3m và 5m là loại được sử dụng phổ biến nhất.

Các kết nối đồng thụ động rất phổ biến trong nhiều giao diện. Tuy nhiên, khi tốc độ truyền tăng lên, cáp đồng thụ động không thể cung cấp khoảng cách cần thiết và chiếm quá nhiều không gian vật lý. Do đó, ngành công nghiệp đang chuyển sang các giao diện cáp đồng chủ động để đáp ứng nhu cầu kết nối tốc độ cao hơn. Các kết nối cáp đồng chủ động bao gồm các thành phần giúp tăng cường tín hiệu và giảm nhiễu, cho phép các thước đo dây mỏng hơn giúp cải thiện khoảng cách truyền, tính linh hoạt của cáp và luồng không khí.

Cáp và đầu nối 10GBASE-T tương tự như cáp và đầu nối được sử dụng cho 1000BASE-T nhưng không giống hệt nhau. Cáp 10GBASE-T sử dụng cáp Cat6a (Loại 6A), còn được gọi là cáp Class EA. Những cáp này hỗ trợ các tần số cao hơn cần thiết cho đường truyền 10Gb, với khoảng cách lên đến 100 mét (330 feet). Cáp phải được chứng nhận ít nhất 500MHz để đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn 10GBASE-T. Cáp Cat7 (Loại 7, Class F) cũng được chứng nhận tuân thủ 10GBASE-T và thường được triển khai ở Châu Âu. Cáp Cat6 có thể hoạt động trong các triển khai 10GBASE-T lên đến 55 mét nhưng trước tiên nên được kiểm tra. Một số bộ chuyển mạch 10GbE mới hơn hỗ trợ đầu nối 10GBASE-T (RJ45).

Cáp 10GbE có sẵn với nhiều loại đầu nối khác nhau. Mỗi loại đầu nối bao gồm một số làn hoặc kênh cụ thể. Tính đến đầu năm 2011, tốc độ đầu nối phổ biến nhanh nhất là 10 Gbps trên mỗi làn. Hiện tại, tốc độ cao hơn đạt được bằng cách kết hợp nhiều làn song song, chẳng hạn như 4x10 (40Gbps), 10x10 (100Gbps), 12x10 (120Gbps), v.v. Hầu hết các triển khai 40GbE và 100GbE hiện tại đều sử dụng nhiều làn 10GbE và được coi là các giải pháp "liên kết kênh".

Tóm lại, các loại cáp 10GbE phổ biến nhất hiện nay sử dụng đầu nối SFP+.

• Kết nối khoảng cách ngắn: Đối với các kết nối trong một tủ hoặc giữa các tủ liền kề, hãy sử dụng DAC với đầu nối SFP+, còn được gọi là 10GBASE-CR.
• Kết nối khoảng cách trung bình: Đối với các kết nối khoảng cách trung bình, hãy sử dụng cáp sợi đa mode được tối ưu hóa bằng laser (LOMMF) với đầu nối SFP+, cụ thể là OM3 hoặc OM4.
• Kết nối đường dài: Đối với các kết nối đường dài, hãy sử dụng cáp sợi quang đơn mode (OS1), còn được gọi là 10GBASE-LR.
• Kết nối 10GBASE-T: Nếu cơ sở hạ tầng chuyển mạch Ethernet và bộ điều hợp mạng của bạn hỗ trợ cáp và đầu nối 10GBASE-T (RJ45), hãy sử dụng cáp Cat6 hoặc Cat6a. Hãy nhớ rằng việc lựa chọn cáp của bạn phụ thuộc vào bộ chuyển mạch, không phải bộ điều hợp trong môi trường của bạn.