Как удовлетворить потребности сетей

Валери Магуайр
директор по стандартам и технологиям компании Siemon

Медь или волоконная оптика?

Дискуссии о том, какая среда лучше – медь или волоконная оптика, – ведутся в телекоммуникационной отрасли на протяжении многих лет.

За прошедшие годы медная среда передачи последовательно прошла этапы развития от категории 6 / класса E к категории 6A / классу EA и далее до категории 7A / класса FA. Комитеты, занятые разработкой стандартов, в настоящее время формируют требования к категории 8.1 / классу I и категории 8.2 / классу II, и это четко свидетельствует о том, что медные кабельные системы будут и впредь оставаться основной средой передачи в горизонтальных подсистемах, обслуживающих рабочие места, а также использоваться для подключения оборудования управления зданиями. Такой подход для офисных зданий сохранится как минимум на ближайшие десятилетия. Параллельно можно наблюдать развитие телекоммуникационных стандартов и медных кабельных технологий для центров обработки данных. Витая пара, без сомнения, будет и далее использоваться для организации подключений «коммутатор – сервер», поскольку эта среда обеспечивает все необходимые характеристики.

При этом волоконно-оптическая среда передачи занимает прочные позиции в тех областях, где жизненно необходима максимальная пропускная способность: в магистральных подсистемах внутри и вне зданий (особенно в сегментах большой протяженности), а также в базовых сетях и ядрах в центрах обработки данных. Такое положение дел также сохранится на годы вперед. Продвинутые технологии в волоконной оптике и новые нормативные требования делают оптическую среду передачи более простой в использовании, чем ранее, и привлекательной в ценовом отношении, в особенности для высокоскоростных приложений. Оптические системы стало проще монтировать, и это логичное решение для тех случаев, когда необходимо передавать большие объемы данных на значительные расстояния.

Рассмотрим подробнее требования, предъявляемые к медным и волоконно-оптическим системам, а также их особенности, позволяющие наилучшим образом удовлетворить потребности пользователей.

Медная среда передачи в офисных зданиях

Если проанализировать характеристики передачи в горизонтальной подсистеме, обслуживающей пользователей и подключения оборудования автоматизированных систем управления зданиями, то выяснится, что реальной потребности в скоростях свыше 10 Гбит/с в этой сфере применения практически нет. Витая пара с запасом удовлетворяет все текущие потребности, при этом у нее есть особенность, свойственная только медной среде, – способность передавать питаниеустройствам на дальнем конце.

Менее чем за десятилетие технологии удаленного питания привели к революционным изменениям в сфере ИКТ. Сети стали строиться с учетом удаленного питания. В отличие от оптического волокна, витая пара позволяет довести питание постоянным током до IP-устройств, расположенных на дальнем конце. В список входят IP-камеры видеонаблюдения, беспроводные точки доступа сети Wi-Fi, карточные считыватели RFID, цифровые табло и дисплеи, IP-телефоны, системы светодиодного освещения и многое другое. Диапазон устройств, которые могут быть запитаны во витой паре, постоянно расширяется. Технология приобрела такую популярность, что ежегодно производители реализуют свыше 100 млн портов со встроенной поддержкой питания по Ethernet (PoE).

Однако применение питания PoE требует учета некоторых особенностей. Подача постоянного тока удаленному устройству ведет к росту температуры в кабельных пучках. Кроме того, в запитанных портах при отключении вилки от гнезда происходит дуговой разряд. Его мощность невелика, однако со временем контакты могут выгорать. В системах, где надежность критически важна, повышение температуры и дуговые разряды могут представлять серьезную проблему, поскольку они ведут к необратимому ухудшению характеристик кабелей и коннекторных соединений. Выход за пределы допустимых температур (которые по стандартам ISO/IEC должны находиться в диапазоне от -20°C до 60°C) может негативно отражаться на характеристиках передачи, и эти изменения также могут быть необратимыми. По этим причинам следует выбирать системы на основе экранированной витой пары с запасом по характеристикам, рассчитанные на применение приложений PoE. Этому критерию соответствуют высококачественные экранированные системы категории 6A / класса EA и категории 7A / класса FA: они рассчитаны на эксплуатацию при температурах до 75°C, коммутационное оборудование протестировано независимыми лабораториями на соответствие стандарту IEC 60512-99-001, что гарантирует температурную стабильность и сохранение параметров коннекторных соединений при использовании питания PoE.

Необходимо учитывать также потребности продвинутых приложений (например, следующего поколения оборудования Wi-Fi) и положения разрабатываемых стандартов для сетей внутри зданий. Проектировщики должны предусматривать возможность модернизации систем и выбирать медную среду передачи таким образом, чтобы она смогла поддержать все необходимые приложения как сейчас, так и в будущем. Точки доступа Wi-Fi, соответствующие требованиям стандарта IEEE 802.11ac в редакции 2013 г., предусматривают работу в режимах 1,3 Гбит/с, 2,6 Гбит/с, 3,5 Гбит/с и даже с более высокой максимальной пропускной способностью. Таким образом, сети Ethernet должны будут обеспечивать соответствующую проводную среду передачи до точек доступа. Характеристики кабельной системы на основе сбалансированной витой пары должны будут поддерживать скорости от 1 до 10 Гбит/с. В новых системах стандарт 802.11ac рекомендует предусматривать для каждой точки доступа WAP два порта категории 6A или выше. Необходимо учитывать, что точки доступа по стандарту 802.11ac могут использовать питание по Ethernet, а следующее поколение точек доступа по тому же стандарту может нуждаться в питании PoE повышенной мощности, что налагает дополнительные ограничения на выбор среды передачи. Самое правильное решение в этом случае – использовать высокопроизводительные экранированные системы, поскольку именно их характеристики наилучшим образом соответствуют требованиям стандарта 802.11ac.

Совместное использование сред передачи в ЦОДах

Концепции интернета вещей (IoT) и «больших данных» определяют потребности дата-центров во все большей пропускной способности и скоростях передачи, ведь необходимо обрабатывать огромные объемы информации, поступающей из различных источников. Эффективное перемещение такого количества данных возможно только в том случае, если среда передачи, осуществляющая подключение оконечного активного оборудования, и межкоммутаторные магистрали, связывающие ядро сети и устройства хранения SAN, будут обеспечивать надежность работы, высокую пропускную способность и малое время запаздывания.

Способность сетей на основе медной витой пары поддерживать 10-гигабитные скорости приводит к тому, что в центрах обработки данных именно эта среда передачи чаще всего используется для подключений «коммутатор – сервер». Сегменты могут иметь длину до 100 м, а медные трансиверы по-прежнему обходятся существенно дешевле оптических, так что системы на основе витой пары категории 6A / класса EA и выше прекрасно подходят для подключений «коммутатор – сервер» различной архитектуры. Для скоростей свыше 10 Гбит/с (а потребности в них постепенно растут) группы разработчиков стандартов ISO/IEC формулируют требования к медным системам категории 8.1 / классу I и категории 8.2 / классу II. Их задача – обеспечить поддержку приложениям Ethernet 25 и 40 Гбит/с (25GBASE-T и 40GBASE-T соответственно).

Межкоммутаторные сегменты, базовые сети в центрах обработки данных (ядро) и подключения устройств хранения (сети SAN) требуют использования волоконной оптики. Оптика обеспечивает передачу на расстояния, многократно превышающие протяженность медных сегментов, а скорости передачи уже достигли значений 40 и 100 Гбит/с для сетей Ethernet. В сетях хранения данных SAN, основанных на технологии Fibre Channel, скорости достигли значений 16 и 32 Гбит/с. И хотя оптика для таких областей применения – фактически единственно возможная среда передачи, здесь тоже есть свои особенности.

Для обеспечения надежной передачи сигналов между коммутаторами необходимо вписаться в бюджет затухания волоконно-оптической линии. Оптические потери в сегменте не должны выходить за определенные пределы. На совокупные потери влияют длина канала и количество точек соединения, при этом чем выше скорость передачи, тем уже допустимые пределы потерь. Современная архитектура подсистем предусматривает меньшее количество коммутаторов, а значит, большее расстояние между ними. При этом для сохранения гибкости, управляемости, возможности модернизации системы и ограничения доступа к критически важным коммутаторам в системе должны использоваться кросс-соединения и точки распределения, а они неизбежно увеличивают совокупные оптические потери.

Для требовательных межкоммутаторных сегментов в центрах обработки данных были специально разработаны коннекторы MTP с уменьшенными оптическими потерями. Такие коннекторы позволяют вписаться в бюджет потерь при большем количестве соединений в линии. Гибкость и управляемость системы сохраняются без уменьшения расстояния. Если стандартные коннекторы MTP обеспечивают среднее значение потерь на уровне 0,4 дБ (допуская наличие двух точек соединения в линии для многомодовых систем OM4, поддерживающих скорости 40/100 Гбит/с), то коннекторы MTP с уменьшенными оптическими потерями обеспечивают среднее значение порядка 0,2 дБ, допуская до пяти соединений в линии.

Еще одно соображение, которое следует принимать во внимание при проектировании магистралей и межкоммутаторных сегментов в дата-центрах, – возможность перехода на более высокие скорости передачи. Модульные решения на основе кассет MTP-LC позволяют в будущем осуществить безболезненный переход от дуплексного LC-интерфейса, наиболее популярного на сегодняшний день для 10-гигабитных систем, к многоволоконному MTP-интерфейсу, обеспечивающему скорости передачи 40 и 100 Гбит/с.

Различные области использования предъявляют к кабельным средам передачи различные требования. Высокопроизводительные системы на основе экранированной витой пары категории 6A / класса EA и категории 7A / класса FA рекомендуется использовать в офисных зданиях для обеспечения питания по Ethernet и поддержки работы высокоскоростных сетей Wi-Fi. Волоконно-оптические системы на основе коннекторов MTP с уменьшенными потерями позволяют вписаться в бюджет оптических потерь и создать необходимые характеристики в межкоммутаторных магистралях в центрах обработки данных.

Статья опубликована в журнале ИКС 27 июля 2016