Инженерная инфраструктура центров обработки данных (ЦОД)

Приложения хранения и передачи данных, наиболее часто применяемые в ЦОД и рассматриваемые далее, представлены на рисунке 1.  

Рис. 1. Приложения и функциональные элементы центра обработки данных  

Приложения можно сгруппировать следующим образом:

Примечание: IP-конвергенция становится все более популярной в ЦОД и следствием этого является появление приложений Fibre Channel over Ethernet (FCoE ) и Infiniband over Ethernet (IoE). Эти приложения будут рассматриваться в следующих разделах настоящего Руководства.  

3. Стандарт структурированной кабельной системы (СКС) для центров обработки данных ISO/IEC 24764

Международный стандарт ISO/IEC 24764 был опубликован в апреле 2010 года. Стандарт описывает требования к кабельным системам центров обработки данных, реализуемых с применением симметричных (витопарных) и волоконно-оптических кабелей, специфицированных в базовом международном стандарте СКС ISO/IEC 11801 ред. 2.2 (с Поправками 1 и 2). При помощи этих двух стандартов осуществляется «привязка» приложений, применяемых в ЦОД, к кабельной системе, которая соответствует указанным стандартам.  

3.1 Медножильные кабельные системы

Стандарт ISO/IEC 11801 ред. 2.2 вводит следующую классификацию кабельных трактов на основе витопарных кабелей:  

Class D специфицирован до 100 МГц
Class E специфицирован до 250 МГц
Class E_a специфицирован до 500 МГц
Class F специфицирован до 600 МГц
Class Fa специфицирован до 1000 МГц  

Для использования в качестве интерфейса подключения активного сетевого оборудования (Equipment Outlet—EO) предлагаются следующие соединители:  

Табл. 1. Тип соединителя, используемый в интерфейсе подключения активного оборудования (EO)  

3.2. Волоконно-оптические кабельные системы

Требования к многомодовым световодам линейных кабелей  

Примечание: Требования к коэффициенту широкополосности относятся к волоконным световодам, которые используются при производстве линейного кабеля соответствующей категории и соответствуют параметрами и методам испытаний, специфицированным стандартом IEC 60793-2-10. Волоконные световоды, которые соответствуют требованиям по коэффициенту широкополосности только при насыщающем возбуждении, могут быть неспособны поддерживать некоторые современные приложения.  

Табл. 2. Характеристики оптических волокон в составе линейного кабеля  

К оптическим соединителям, применяемым в качестве интерфейса подключения активного сетевого оборудования, предъявляются следующие требования:  

• Для оконцовки одного либо двух одномодовых волокон, интерфейс должен соответствовать стандарту IEC 61754-20 (соединитель LC-типа )
• Для оконцовки одного либо двух многомодовых волокон, интерфейс должен соответствовать стандарту IEC 61754-20 (соединитель LC-типа)
• Для оконцовки волокон количеством более двух, интерфейс должен соответствовать стандарту IEC 61754-7 (соединитель МРО-типа)

3.3. Минимальные технические требования к кабельной системе ЦОД

Для обеспечения готовности кабельной системы ЦОД к внедрению новых высокоскоростных приложений, ISO/IEC 24764 устанавливает следующие минимальные требования к функциональным характеристикам кабельной системы ЦОД:  

3.3.1 Кабельная система на основе витопарных кабелей

Основная распределительная кабельная подсистема (Main distribution cabling subsystem) должна проектироваться таким образом, чтобы обеспечивать пропускную способность кабельного тракта не ниже Класса Ea , специфицированного в стандарте ISO/ IEC 11801 ред. 2.2.  

3.3.2 Кабельная система на основе волоконно-оптических кабелей

В случае применения многомодового волокна, основная распределительная кабельная подсистема и зонная распределительная кабельная подсистема должны строиться на основе линейных кабелей с многомодовым волокном категории ОМ3, OM4 или одномодовым волокном, специфицированным в стандарте ISO/IEC 11801 ред. 2.2.  

Примечание: согласно стандартам СКС, протяженность кабельного тракта не превышает 2000 м. Сведения, касающиеся длин > 2000 м взяты из стандартов на протоколы передачи данных.  

4. Ethernet (IEEE 802.3)

Приложения Ethernet, соответствующие стандарту IEEE 802.3, являются наиболее распространенными в сетях передачи данных современных ЦОД. На серверных фермах, в области размещения активного оборудования (Equipment distribution area) применяется 1G Ethernet и, в перспективе, возможен переход на 10G Ethernet. В областях агрегирования и в ядре сети, проектировщики по всему миру отдают предпочтение технологии 10 Gigabit Ethernet по оптическому волокну. В середине 2010 года был стандартизирован новый протокол передачи данных: IEEE 802.3 40/100 Gigabit Ethernet.  

4.1 Gigabit Ethernet по оптическому волокну (IEEE 802.3z)

Существует две спецификации этого протокола, применяемые в ЦОД: 1000BASE-SX и 1000BASE-LX  

4.1.1 1000BASE-SX  

Сигналы 1000BASE-SX передаются по паре оптических волокон в «коротковолновом» диапазоне (от 770 до 860 нм). Этот протокол очень часто применяется в информационных магистралях офисных зданий и в ЦОД. 

* ) при использовании специальных коммутационных шнуров со смещенным вводом сигнала  

Табл. 3. Ограничения на максимальную длину кабельного тракта Gigabit Ethernet в зависимости от
спецификации протокола и категории волокна  

Как упоминалось в пункте 3.3.2, кабельные стандарты указывают на то, что в ЦОД необходимо применять кабели с волокном категории не ниже OM3. Другие категории оптических волокон приведены для сравнения.  

4.2 Gigabit Ethernet по витопарным кабелям

1000BASE-T (IEEE 802.3ab) является протоколом передачи сигналов Gigabit Ethernet по витопарных кабелям. Каждый сегмент сети, реализованный на протоколе 1000BASE-T, должен иметь максимальную протяженность не более 100 м и обеспечивать пропускную способность кабельных трактов не ниже класса D 1000BASE-T задействует для передачи данных все четыре витые пары в кабеле.  

Как упоминалось в пункте 3.3.2, стандарт на кабельную систему ЦОД требует обеспечения пропускно! способности кабельных трактов не ниже класса Е_А, который является обратно совместимым с классом D.  

4.3 10 Gigabit Ethernet

4.3.1. 10 Gigabit Ethernet по оптическому волокну

В 2002 году, передача 10GBE по оптическому волокну была специфицирована стандартом IEEE 802.3ae дл^ использования как в локальных сетях (LAN), так и в операторских сетях (WAN). По причине значительны: ограничений протяженности кабельных линий при использовании обычных оптических волокон 50/125 мк (OM2) и 62,5/12 мкм (OM1), в международный стандарт СКС были включены требования к волоконных световодам 50/125 мкм категории OM3, оптимизированным для работы с лазерными источниками излучени и имеющим улучшенный профиль показателя преломления в сердцевине волокна. Существенж увеличенная ширина полосы пропускания таких волокон обеспечивала увеличение протяженност кабельных линий для соответствия требованиям современных офисных зданий и кампусов.  

Существуют две спецификации протокола 10GBE с использованием многомодового волокна, нашедши: широкое распространение в ЦОД: 10GBASE-LX4 и 10GBASE-SR. Оба варианта используют два волокна для организации двунаправленной (полнодуплексной) передачи данных.  

4.3.2. 10 Gigabit Ethernet по витопарным кабелям

Разработчики стандарта на 10GBE по витопарным кабелям (10GBASE-T), получившего в 2007 году обозначение IEEE 802.3an, столкнулись с новыми ограничениями на максимальную длину кабельного тракта, что было характерно и для оптической версии 10GBE (IEEE 802.3ae), принятой в 2002 г. Поскольку протяженность тракта Класса E/ Категории 6 в неэкранированном исполнении (UTP) была ограничена 37 метрами, кабельные стандарты были дополнены новым классом E_A, который указан в пункте 3.3.1 как минимальный класс пропускной способности для кабельной системы ЦОД. Кабельные тракты Класса E_A обеспечивают передачу данных 10GBASE-T на расстояние до 100 м.  

Табл. 4. приложения, среда передачи и протяженность кабельных трактов для 10 GigaBit Ethernet  

Как упоминалось в пункте 3.3.2, кабельные стандарты указывают на то, что в ЦОД необход применять кабели с волокном категории не ниже OM3. Другие категории оптических волокон приведены в табл. 4 для сравнения.  

4.4. 40/100 Gigabit Ethernet

Последняя на сегодняшний день версия протокола Ethernet, IEEE 802.3ba, была стандартизирована в середине 2010 года. Стандарт описывает обе скорости передачи данных (40 GBE и 100 GBE) одновременно. В центрах обработки данных предполагается использовать 4 спецификации протокола:  

• 40GBASE-CR4, 100GBASE-CR10
• 40GBASE-SR4, 100GBASE-SR10

Табл. 5. Ограничения на протяженность кабельного тракта 10GBE в зависимости от спецификации протокола и категории волоконных световодов
  

На рисунках 2 и 3 проиллюстрирован принцип параллельной передачи сигналов 40 Gigabit Ethernet по многоволоконным кабельным линиям с использованием соединителей МРО, а также показана схема расположения задействованных волокон в соединителе. 

4.4.2. 100 GBASE-SR10 (100 GBE)