Обновление стандартов IEEE

Высокоскоростной Ethernet в Центрах обработки данных – обновление стандартов IEEE

 

Hans-Jürgen Niethammer, Директор технических сервисов и поддержки продаж подразделения Enterprise Networks компании TE Connectivity, предоставил актуальную информацию о разработке высокоскоростных протоколов Ethernet , ведущихся институтом IEEE.

40 Gigabit Ethernet (40 GbE), а также 100 Gigabit Ethernet (100 GbE), являются стандартами высокоскоростной передачи данных в компьютерных сетях, разработанными Институтом Инженеров Электротехники и Электроники (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE). Эти стандарты поддерживают прием/передачу фреймов Ethernet со скоростью 40 и 100 гигабит в секунду, используя параллельно нескольких линий, работающих на скорости 10 Гбит/с и 25 Гбит/с. До недавнего времени, наиболее быстрым являлся стандарт 10 Gigabit Ethernet, существующий в нескольких версиях, предназначенных для работы в различных средах передачи данных. Первая информация о разработке новых протоколов появилась в 2007 году, в 2008 году им присвоили номер IEEE 802.3ba а в июне 2010 года стандарт был принят. Итоговый стандарт описывал обе скорости передачи данных, 40 Гбит/с и 100 Гбит/с.

Также, сразу были предложены различные информационные приложения, предназначенные для использования в среде WAN и в Центрах обработки данных.

 Приложения 40/100 GbE, определенные стандартом IEEE 802.3ba

В марте 2011 года дополнительный стандарт, получивший название 40GBASE-FR был опубликован под номером IEEE 802.3bg. Согласно этому стандарту, для передачи данных со скоростью 40Гбит/с предлагается использование одномодового оптического волокна на дистанции до 2 километров.

Четыре из перечисленных выше приложений предназначаются преимущественно для использования в ЦОД:

• 40GBASE-CR4      resp.   100GBASE-CR10
• 40GBASE-SR4      resp.   100GBASE-SR10

Версии с суффиксом -CR в качестве среды передачи используют медножильные кабельные сборки QSFP, вследствие чего максимальная длина ограничена 7 метрами, тогда как варианты с суффиксом -SR предназначены для передачи по многомодовому волокну. Нижеприведенная иллюстрация демонстрирует кабельные сборки QSFP и передатчики 40 GbE.

 

 Кабельные сборки QSFP и передатчики 40 GbE

Высокоскоростные приложения Ethernet 40GBASE-SR4 и 100GBASE-SR10 являются первыми приложениями типа Ethernet, которым требуется более двух волокон при использовании многомодового оптического волокна в качестве среды передачи. Технология базируется на организации параллельных потоков данных со скоростью 10 Гбит/с в полнодуплексном режиме. Для работы  40GBASE-SR4 требуется 8 волокон, для 100GBASE-SR10 – 20 волокон. В силу этой причины, для работы приложений требуется многоволоконный оптический соединитель MPO. Нижеприведенная иллюстрация демонстрирует принцип работы этих приложений, а также, какая раскладка волокон применяется в разъемах MPO.

 

 

 

 

Несмотря на то, что в ЦОД применяются приложения 40/100 GbE, использующие многомодовое волокно, нижеприведенная таблица содержит также информацию о приложениях 40/100 GbE, использующих одномодовое волокно в качестве среды передачи. Таким образом, в таблице отражен полный спектр вариантов приложений 40/100 GbE.

 

Высокоскоростной Ethernet: Перспективы

В настоящее время IEEE разрабатывает требования для дополнительных версий  40 GbE и 100 GbE, для применения в ЦОД.

В июле 2011 года была создана исследовательская группа,задачей которой является  изучение возможности организации волоконно-оптического канала Ethernet 100 Гбит/с, базирующегося на параллельной передаче потока по четырем каналам, 25 Гбит/с каждый. Скорее всего, приложение получит обозначение 100GBASE-SR4. Основной целью разработки является сокращение количества волокон, необходимых для работы приложения, с 20 для 100GBASE-SR10 до 8. Результатом станет значительное сокращение объема кабельной проводки и упрощенный переход от 40 GbE к 100 GbE, поскольку оба этих приложения требуют для работы 8 волокон.

Также, значительный интерес представляет работа группы 40GBASE-T, которая «в фоновом режиме» изучает возможность передачи протокола 40GBASE-T по медножильным кабелям. Участники группы считают, что наиболее актуальным это приложение будет в машинных залах ЦОД,  поскольку ожидается, что стоимость подобного решения будет ниже в сравнении с вариантом подключения по оптоволокну.

Рекомендации по выбору кабельной системы для 40/100 GbE

TE Connectivity рекомендует использовать в ЦОД пре-терминированные 12-волоконные кабели MPO. Этот вариант имеет два существенных преимущества в сравнении с 24-волоконными системами МРО, которые доступны на рынке в настоящее время:

Меньший уровень затухания в канале передачи:

• 24-волоконный соединитель MPO значительно сложнее в производстве. В сравнении с 12-волоконным соединителем MPO, гораздо сложнее контролировать геометрию торцов волокон и равномерность выступов в рядах оптических волокон. В силу этого, 12-волоконный соединитель обеспечивает меньшее затухание и лучшие показатели возвратных потерь, что обеспечивает больше возможностей при проектировании ЦОД.

Меньшая сложность модернизации:

• Вне зависимости, требуется переход с 10 GbE на 40 GbE или с 40 GbE на 100 GbE, 12-волоконный вариант легко модернизируется (подробности на приведенной ниже иллюстрации).

10 GBE -> 40 GBE

Рассмотрим приложения, которые в настоящее время распространены в ЦОД: 1 GbЕ и 10 GbE.  Оба этих приложения являются «двухволоконными», то есть требуют два оптических волокна и дуплексные разъемы для работы. В нижеприведенном примере изображены 2 соединительных кабеля MPО (12 волокон каждый), соединенные с кассетами, оснащенными 12 соединителями типа LC-Duplex.

 

 

 Пре-терминированное решение MPO с кассетами LC-Duplex для приложений до 10 GbE

 

Модернизация до приложения 40 GbE легко достигается путем замены кассет с интерфейсом LC-Duplex на кассеты MРО-to-MРО.

24 волокна, содержащиеся в соединительных кабелях, с помощью кассет конвертируются в 3 канала 40 GbE, при этом задействуются все волокна в кабелях.

 

40 GBE -> 100 GBE

Модернизация с 40 GbE на 100 GbE возможна двумя путями:

• с 40GBASE-SR4 на 100GBASE-SR10
• с 40GBASE-SR4 на разрабатываемый протокол 100GBASE-SR4 (описан в параграфе Высокоскоростной Ethernet: Перспективы)

Также, как в случае модернизации с 10 GbE на 40 GbE, модернизация с 40GBASE-SR4 на 100GBASE-SR10 достигается путем замены кассет.

 

При модернизации с 40GBASE-SR4 на 100GBASE-SR4 (в том случае, если этот стандарт будет принят), это оказывается совсем просто. Поскольку разрабатываемый протокол 100BASE-SR4 будет использовать 8 волокон, подобно 40GBASE-SR4, никаких работ по модернизации не требуется. Кабельная система остается в том виде, в котором она была инсталлирована изначально.

Волоконно-оптическая система для ЦОД MPOptimate  производства компании TE Connectivity является идеальным вариантом легко модернизируемой кабельной проводки.

Дополнительная информация о системе MPOptimate размещена здесь

Для связи с Hans-Jürgen Niethammer можно воспользоваться электронной почтой: hjniethammer@te.com