Традиционно сначала на рынок выводится оптический вариант следующего поколения сетевого оборудования Ethernet. В этом отношении 10 Gigabit Ethernet (10GbE) не является исключением. Как и в случае его предшественников с меньшим быстродействием, передача сигналов по одномодовым оптическим трактам не вызывает никаких проблем, но при использовании многомодовых волокон ситуация складывается совсем иначе.

Для Gigabit Ethernet были специально созданы оптимизированные 50-микронные волокна для лазерной передачи. Однако в процессе разработки 10 Gigabit Ethernet выяснилось, что одной оптимизации профиля преломления световода недостаточно — волокно должно удовлетворять более жестким требованиям. Результатом стало появление световодов категории ОМ3, которые в соответствии со стандартом рассчитаны на тракты протяженностью до 300 м.

Рисунок 1. Технически нет никаких препятствий к созданию соединителя еще меньших размеров, однако ограничением становятся физические возможности человека: для того чтобы работать с вилкой, ее надо удержать пальцами. Для выполнения операции включения и отключения можно, конечно, воспользоваться специальным инструментом, например пинцетом, однако вряд ли такое решение разумно.Некоторые из таких волокон обеспечивают дальность передачи 10 GbE до 550 м и даже более. Впрочем, производители сетевого оборудования относятся к этому весьма сдержанно, так как лишь немногие тракты простираются на 500 м, не говоря уже о 550 м. Подавляющее большинство оптических линий в ЦОД имеют протяженность менее 100 м, благодаря чему с многомодовой техникой оказывается возможно применение дешевых лазерных излучателей со структурой Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL).

10 Gigabit Ethernet стимулирует использование малогабаритных оптических разъемов. Если эти элементы тракта передачи сравнить в исторической перспективе, прогресс в экономии места виден невооруженным глазом: сначала применялись разъемы ESCON/FDDI, затем дуплексный SC, а сегодня наибольшее распространение получил LC. Технически нет никаких препятствий к созданию соединителя еще меньших размеров, однако ограничением становятся физические возможности человека: для того чтобы работать с вилкой, ее надо удержать пальцами. Для выполнения операции включения/отключения можно, конечно, воспользоваться специальным инструментом, например пинцетом, но вряд ли такое решение разумно (см. Рисунок 1).

ГРУППОВЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ СОЕДИНИТЕЛИ

Рисунок 2. Различные варианты вилки разъема MPO имеют 4, 8, 12 и даже 72 одномодовых или многомодовых волокна; в настоящее время это изделие является самым лучшим многоволоконным решением.Для преодоления налагаемых человеческим фактором ограничений по габаритным размерам с целью увеличения плотности конструкции целесообразно применять групповые (многоволоконные) соединители. Наибольшее распространение получил разъем MPO, в зависимости от варианта исполнения он рассчитан на 4, 8, 12 и даже 72 одмомодовых и многомодовых волокна (см. Рисунок 2). Чаще всего МРО встречается в 12-волоконном исполнении: 12 световодов располагаются в ряд вплотную друг к другу в пластиковом наконечнике.

Однако шлифовку таких изделий с требуемым качеством способен выполнить далеко не каждый специалист. В «бюджетных» вариантах сплошь и рядом встречается следующий недостаток: крайние световоды отшлифованы слишком сильно и не имеют физического контакта, в то время как центральные световоды выступают за плоскость наконечника; в результате на первых возникают слишком большие потери сигнала, а последние механически разрушаются при контакте.

Решение данной проблемы состоит в применении только высококачественной продукции, причем каждое изделие должно иметь соответствующий протокол измерений параметров разъема. Ведущие производители предоставляют по отдельному запросу микроснимки торцевой поверхности наконечника вилки и данные по ее геометрии (так называемые интерферометрические изображения). Вилка МТР обычно полностью совместима с розеткой МРО. Следует иметь в виду, что МТР является товарным знаком компании US Conec Ltd, в то время как МРО представляет собой общепринятое наименование данного соединителя.

МОДУЛЬНО-КАССЕТНЫЕ РЕШЕНИЯ

Модульно-кассетные решения — следующий логический шаг в области создания высокоскоростных кабельных систем. Для ЦОД характерны постоянное обновление активного оборудования и затрудненные условия для модернизации инфраструктуры. Остановка функционировании ЦОД крайне нежелательна, однако любые монтажные работы повышают ее вероятность, в том числе из-за случайных повреждений действующих трактов. В таких условиях оказываются востребованными решения, которые позволяют сократить объем работ, проводимых непосредственно на объекте.

Претерминированные и модульно-кассетные изделия позволяют выполнять инсталляционные работы в любое время. Высокой профессиональной квалификации персонала и использования дорогого технологического и измерительного оборудования не требуется. С прокладкой относительно гибких многоволоконных кабелей по силам справиться и персоналу заказчика при минимальном обучении. Оптические полки и кассеты легко устанавливаются в монтажные конструктивы различных разновидностей. Все инсталляционные работы сводятся к механическому соединению разъемов, после чего линии готовы к вводу в эксплуатацию. В случае применения высококачественных претерминированных решений, которые прошли заводскую проверку и имеют соответствующий паспорт изделия, отпадает необходимость выполнять дорогостоящее тестирование отдельных линий на объекте монтажа.

Система материально-технического снабжения тоже адаптирована к современным требованиям. Ведущие производители отрасли предлагают оформить заказ посредством интерактивного конфигуратора, с помощью которого можно в любое время быстро и без каких-либо затруднений определить параметры претерминированных изделий. Наиболее полезна такая услуга для ЦОД, где данная разновидность техники востребована чаще всего. К тому же, это позволяет избежать бюрократических проволочек.

А КАК ЖЕ МЕДЬ?

Уже несколько лет 10 Gigabit Ethernet для медных линий доступен в варианте 10GBaseCX4 и предполагает использование разъема для сетей Infiniband и твинаксиальных кабелей. Основной недостаток решения заключается в том, что максимальная протяженность тракта ограничена 15 м. Такое расстояние более чем достаточно для соединения коммутаторов внутри монтажного конструктива, однако мало для средних и больших ЦОД.

Несмотря на существовавший скептицизм, симметричные кабели и разъем RJ45 (для сторонников чистоты терминологии — разъем по стандарту IEC 60603-7), который был создан для применения в сетях телефонной связи, вполне способны поддерживать скорость передачи 10 Гбит/с. Технология 10GBaseT предусматривает тракты протяженностью вплоть до 100 м (90 м линейного кабеля плюс два оконечных шнура по 5 м), если параметры элементной базы отвечают нормам соответствующего кабельного стандарта. Таким нормативным документом в США является Дополнение 10 к стандарту ANSI/TIA/EIA 568-B.2. В этом Дополнении содержатся все необходимые данные по параметрам тракта, стационарной линии и отдельных компонентов для их построения.

На международном уровне применяется стандарт ISO/IEC 11801:2002, но в Дополнении 1, которое увидело свет в 2008 году, определены характеристики только тракта передачи Класса EA, поскольку требования к параметрам отдельных компонентов Категории 6A находятся в разработке. Точно так же обстоят дела и с тестированием характеристик. Оба этих важнейших вопроса должны быть рассмотрены в Дополнении 2, причем ISO/IEC уже объявила, что, по меньшей мере, некоторые нормируемые в них параметры будут строже, чем у TIA.

Главная трудность заключается в том, что 10GBaseT предусматривает схему параллельной передачи из четырех потоков по 2,5 Гбит/с каждый. Разница в уровнях сигналов составляет всего 130 мВ (сравните с 1 В для скорости 100 Мбит/с и 0,5 для гигабитного Ethernet). В результате при одновременной передаче в двух направлениях четыре информационных потока начинают отрицательно воздействовать друг на друга в вилке и розетке разъема. Для минимизации вредного влияния необходимо добиться очень точного согласования вилки и розетки, что в случае коммутационных шнуров оказывается чрезвычайно сложной задачей.

Однако на этом сложности не заканчиваются. Низкий уровень входного сигнала вынуждает увеличивать чувствительность приемника сетевого интерфейса, поэтому помехой иногда становится даже сигнал, который передается по соседнему кабелю (проблема межкабельной переходной помехи, или достижение требуемой величины ANEXT). Таким образом, технику 10GBaseT никак нельзя назвать простой. Тем не менее кабельные системы для поддержки ее функционирования предлагают многие производители, подкрепляя их соответствующими гарантиями.

Однако на 10GBaseT история не заканчивается: тенденция увеличения скоростей передачи и расширения полосы пропускания остается в силе.

ЧТО ЖЕ БУДЕТ ДАЛЬШЕ?

Закон Мура, открытый в 70-е годы прошлого столетия, гласит: «Скорость передачи каждые пять лет увеличивается на порядок». В нашем случае это не прогноз, а ближайшая перспектива. В настоящее время идет разработка 40- и 100-гигабитных систем. Согласно планам Institute of Electrical and Electronics Engineers, спецификации на данный протокол под кодовым номером IEEE 802.3ba должны быть утверждены не позднее середины-конца 2010 года, но пока речь идет исключительно об оптических вариантах. На этих скоростях в полной мере начинают проявляться различия многомодовой и одномодовой техники.

На одномодовых трактах будет выполняться последовательная передача по одному волокну, то есть по 40 или 100 Гбит/с в каждом направлении с использованием техники спектрального уплотнения. Для использования в качестве разъемного соединителя предпочтение отдается уже известному нам LC, что позволяет минимизировать форм-фактор оптического трансивера. В случае стандартных одномодовых волокон класса G.652C/D (OS2) реализация подобных трактов не представляет никаких проблем, достаточно хорошие результаты достигаются и на волокнах категории OS1. Единственный серьезный недостаток заключается в необходимости приобретения сложной и дорогой электроники. Кроме того, нельзя сбрасывать со счетов тот факт, что кабельная инфраструктура большинства ЦОД реализована на базе многомодовых оптических кабелей ОМ3.

Волокна данной категории могут, как и прежде, использоваться в достаточно широких масштабах, если для передачи применить тот же прием, что и в интерфейсах 10GBaseT. Он получил название «параллельная оптика» и заключается в объединении каналов: по каждому волокну организуется канал со скоростью 10 Гбит/с в одном направлении. Для 40-гигабитного интерфейса таких каналов надо четыре, то есть всего потребуется восемь волокон. В качестве соединителя можно использовать разъем типа МРО.

Для 100-гигабитной системы понадобится десять каналов в каждом направлении — в общей сложности необходимо двадцать световодов. Активный интерфейс должен быть оснащен приборной частью разъема МРО.

ПРОБЛЕМА: ПЕРЕКОС ЗАДЕРЖКИ

В качестве физического интерфейса 100-гигабитной системы могут использоваться два 12-волоконных разъема МРО или 24-волоконный вариант этого соединителя. Недостатки подобного решения очевидны: для построения тракта передачи необходимо применять высококачественные световоды с низкой дисперсией, чтобы оптические сигналы поступали на приемники одновременно (малое значение параметра Skew). Кроме того, при таком решении в один монтажный конструктив придется вводить оптические кабели с несколькими тысячами волокон. Таким образом, 100-гигабитные сетевые интерфейсы выдвигают особые требования как к активному сетевому оборудованию и кабельной системе, так и к управлению кабелями внутри монтажного конструктива и за его пределами.

Последовательная передача желательна, таким образом, и для многомодовых световодов. Задачей-минимум применительно к волокнам категории ОМ3, по данным IEEE, является поддержка передачи информационных потоков со скоростью 40 и 100 Гбит/с на расстояние, по крайней мере, 100 м. Наименьшее значение ширины эффективной модовой полосы пропускания (ЕМВ) установлено на уровне 2000 МГц x км. Этого достаточно для многих применений, например, для небольших ЦОД, однако, далеко не во всех случаях.

ВОЗМОЖНОСТИ ВОЛОКНА ОМ4

Для организации многомодовых трактов, протяженность которых превышает 100 м, требуется новый тип волокна ОМ4 с улучшенными параметрами. В таком случае предельная длина тракта увеличивается до 250 м, а минимальный коэффициент широкополосности составляет 4700 МГц´км по модели ЕМВ на длине волны 850 нм. На этой длине волны можно использовать недорогие лазеры со структурой VCSEL.

Волокна категории ОМ4 рассматриваются как развитие изделий ОМ3 и официально будут специфицированы в конце 2009 года. Предполагается, что в ISO/IEC такие световоды станут обозначаться A1a.3, и максимальная допустимая протяженность тракта достигнет 300 м. По такому многомодовому волокну могут работать все разновидности Ethernet (Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet, 100 Gigabit Ethernet).

Несмотря на то что этот тип световода еще не признан официально, он имеет широчайшие возможности практического применения.

Фалько Леман — менеджер по работе с ключевыми клиентами подразделения передачи данных и голоса компании Telegaertner. С ним можно связаться по адресу: lehmann@telegaertner.com.


© ITP Verlag

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Купить номер с этой статьей в PDF