Обзор архитектур с использованием оптических ленточных кабелей с разъемами MPO

Тестирование и очистка ленточных оптических соединений с многоволоконными разъемами MPO (Multi-fiber Push On) сопровождаются определенными трудностями, но плотность портов и надежная высокоскоростная передача данных оправдывает все усилия.

Использование мобильных устройств, просмотр видео в режиме онлайн, а также выгрузка и совместное использование контента привели к потребности в постоянном росте скорости соединения. Для ее удовлетворения владельцы сетей на предприятиях и в центрах обработки данных вынуждены переходить от физических соединений к архитектурам, в которых используются параллельные оптические схемы передачи. Многоволоконные соединения поддерживают более высокую скорость передачи данных и обеспечивают возможность модернизации сетей. Большая часть технологий, лежащих в основе параллельной оптики, не новы. Ленточные волоконные кабели и многоволоконные MPO-коннекторы используются уже более десятилетия. Однако изменился способ их использования. При переходе на все более высокие скорости технология MPO-соединителей больше не ограничивается использованием в магистральных системах. Теперь она распространяется на серверы и коммутаторы, в первую очередь через порты QSFP.

Давайте посмотрим на доступные сегодня клиентские интерфейсы. На сегодняшний день самой высокой поддерживаемой скоростью является 25 Гбит/сек на соединение. Для достижения скорости 40G или 100G потребуется использовать несколько соединений. Это возможно сделать с помощью одного из двух способов. Первый заключается в использовании отдельных волокон (соединений) как в технологиях PSM4 и SR4. Другой способ – использовать разные длины волн. Существует несколько решений, в которых применяется мультиплексирование с разделением по длине волны в одномодовом волокне. В настоящее время также можно использовать мультиплексирование с разделением коротких волн (SWDM) на новом широкополосном многомодовом волокне OM5.

Текущие архитектуры

На приведенных ниже рисунках показаны два способа, с помощью которых в современных сетях обычно достигается соединение 1 Гбит/с и 10 Гбит/с.

В сценарии 1 показан 12-волоконный магистральный кабель с MPO-разъемами, проложенный между двумя стойками. На каждой стойке кабель подключен к кассетам в корпусе. Кассеты разделяют 12-волоконный MPO-соединитель на шесть дуплексных линий, которые можно использовать для соединения шести серверов в одной части вашего центра обработки данных с шестью портами коммутатора в другой части этого же центра. На предприятии подобную конфигурацию можно использовать для перехода с этажа на этаж, то есть использовать один кабель из 12 волокон вместо прокладки шести дуплексных кабелей. В конце на передней панели кассет дуплексные линии разводятся для подключения к индивидуальному оборудованию.

В сценарии 2 показано использование жгутов и панелей адаптеров. В этом случае вашим последним портом остается MPO. Для некоторых коммутаторов у поставщика кабелей можно купить жгут с заранее установленной длиной. Это позволяет использовать вместо кассеты адаптер MPO. Жгут проводов MPO подключается к этой панели адаптера, и из него выходят шесть индивидуальных дуплексных волокон LC. Если жгут предварительно подготовлен, он позволит аккуратно проложить в стойку до активного оборудования один кабель, а не шесть отдельных пар LC.

Типовое соединение 1G и 10G

Сценарий 1: Патч-корды и кассеты

Сценарий 2: Жгуты и панели адаптера

Два этих сценария являются наиболее распространенными методами, которые используются в современных сетях для организации соединения 1G и 10G. Обе архитектуры облегчают процесс перехода к сетям 40/100G, поскольку используют магистраль MPO.

Переход на 40G и 100G

Описанные выше архитектуры облегчают переход от сетей 1/10G к сетям 40/100G, поскольку в них используется магистраль MPO.

Первым шагом такого перехода является изменение подключения к оборудованию (обычно коммутатору) за счет использования порта QSFP (Quad Small Form Factor). Это позволяет отказаться от кассеты и дуплексных кабелей, показанных в сценарии 1, и жгута проводов, показанного в сценарии 2.

Данная схема показана на рисунке «Переход на 40/100G». На левой стороне 12-волоконный MPO-соединитель подключается к порту QSFP 40G, который сконфигурирован как четыре индивидуальных канала 10G вместо одного большого канала 40G.

Переход на 40G и 100G

Справа подключение выполняется либо через адаптер с многомодовым оптическим кабелем с отдельной изоляцией волокон, либо через кассету, и разводится на четыре отдельных сервера, каждый из которых имеет подключение 10G. Преимуществами подобной архитектуры является плотность портов на вашем коммутаторе (один MPO-коннектор имеет приблизительно такой же размер, что и дуплексный LC-соединитель) и облегчение перехода на технологию 40/100G.

Для перехода на настоящую систему 40G или 100G вам потребуется заменить свой многомодовый кабель с отдельной изоляцией волокон или кассету с дуплексным волокном на панель адаптера MPO и MPO-кабель подключения к оборудованию. Затем, после изменения конфигурации коммутатора, вы получите подключение в системе на 40 или 100G с использованием технологии SR4.

Показанная на рисунке оптика является оптикой SR4 с MPO-соединителями – 40GBase-SR4 или 100GBase-SR4. SR - это сокращение от «short range» (ближнего действия), а 4 означает наличие четырех соединений. Соединения – либо 10G каждое (для 40G), либо 25G каждое (для 100G). Каждое соединение является дуплексным с одним волокном для передачи и другим волокном для приема. Обратите внимание, что хотя это 12-волокнный MPO-connector, в данной схеме используется только восемь волокон; по четыре для передачи и для приема.

Почему в этих системах используется несколько соединений? Целью является достижение сквозного соединения 40G или 100G, однако непомерно дорого создавать оптику, которая сможет включаться и выключаться 40 миллиардов или 100 миллиардов раз в секунду.

Более правильным решением является использование четырех лазеров, работающих по технологии 10G или 25G, а также индивидуальных волокон (или длин волн), и их объединение в оптике на противоположном конце. Данный прием подобен тому, что применен в 1000Base-T, когда используются четыре медные пары, по каждой из которых передается сигнал до 250 Мбит/с.

На рисунке показаны три разных архитектуры, которые иллюстрируют описанные выше системы, и приводятся примеры некоторых из архитектур, наиболее часто используемых в центрах обработки данных или на предприятиях.

Первым примером является архитектура, которая применялась последние 10 - 15 лет, и все еще представляет собой очень эффективное решение. В этой архитектуре используется параллельный оптический магистральный кабель с MPO-соединителями, работающий во всех сетях от 1G до 10G Ethernet.

Традиционные архитектуры для центра обработки данных и предприятия

На рисунках ниже показаны некоторые из наиболее распространенных архитектур, используемых в центрах обработки данных или на предприятиях.

Шесть каналов Ethernet по 1/10 Гбит/с (MMF)

Шесть каналов Ethernet по 1/10 Гбит/с (SMF)

• 12-волоконная линия MPO с кассетами на обоих концах
• Объединение волокон и путь перехода
• SFP/SPF+ на каждом конце

Кассеты разбиваются на любом из концов на шесть индивидуальных дуплексных каналов. Подобная конфигурация обеспечивает преимущество от объединения волокон; вы прокладываете один 12-волоконный кабель с MPO-соединителями вместо шести дуплексных волокон, что обеспечивает переход в мир более высоких скоростей. Этот сценарий дает преимущество за счет использования всех 12 волокон MPO-соединителя. При использовании оптики SFP или SFP+ на обоих концах поддерживается шесть линий 1G или 10G по многомодовому или шесть линий 1G, 10G или 40G по одномодовому волокну.

Четыре канала Ethernet по 10 Гбит/с (MMF)

• 8-волоконная линия MPO с кассетой
• Объединение волокон и путь перехода
• QSFP на коммутаторе, SPF+ на сервере

Архитектура, показанная в тут, относится к одной из наиболее часто используемых в наши дни. Это 8-волоконная линия MPO, которая поддерживает четыре линии 10G по многомодовому волокну. В данной конструкции кассета слева заменяется панелью адаптера MPO. На другой стороне четыре канала 10G заводятся в четыре отдельных сервера с кассетой или многомодовым кабелем с отдельной изоляцией волокон. Данный метод обеспечивает объединение волокон и формирует путь перехода, но на стороне коммутатора технология MPO позволяет использовать одно соединение с коммутатором, обеспечивая в четыре раза большую плотность портов по сравнению с дуплексными соединителями LC. На коммутаторе имеется порт QSFP, а на сервере коммутаторы SFP+.

Каналы Ethernet 40/100 Гбит/с (MMF)

Каналы Ethernet 40/100 Гбит/с (SMF-PSM4)

• 12-волоконная линия MPO (используется восемь волокон)
• QSFP/CFP на обоих концах

Здесь показана чистая конфигурация 40G или 100G со сквозным соединением MPO. Имеется линия MPO и канал MPO с разъемами QSFP или CFP на обеих сторонах этого канала.

Выводы

Приведенные выше архитектуры не только описывают наиболее распространенные на сегодняшний день варианты подключений в центрах обработки данных, но и являются следствием эволюции скоростей передачи данных от 1G до 100G. Переход к более высоким скоростям осуществляется лишь заменой некоторых узлов, а не всей системы (замена кассеты на адаптер MPO, изменение конфигурации коммутатора ), что лишь доказывает универсальность сборок с использованием ленточного волокна и разъемами MPO и дает возможность применить существующие архитектуры при переходе на скорости до 400G.
 

Почему чистка оптических коннекторов – самая важная часть работы с оптоволокном?

Сложности использования оптических соединителей MPO в центрах обработки данных (ЦОД)

Тестирование оптических кабелей с коннектором MPO: полное руководство!