DAC-Kabel vs. AOC-Kabel: Leitfaden für Verkabelungslösungen im Rechenzentrum

DAC- und AOC-Kabel werden aufgrund ihrer niedrigen Latenz, ihres geringen Stromverbrauchs und ihrer relativ kontrollierbaren Kostenvorteile im Szenario der Hochgeschwindigkeitsverbindung von Rechenzentren häufig in Verkabelungssystemen von Hochleistungsrechnernetzen eingesetzt. Im Vergleich zur herkömmlichen Kombination aus optischen Modulen und Patchkabeln bieten diese beiden Kabeltypen eine einfachere und effiziente Lösung.

Ob es sich um Anforderungen an die Datenübertragung mit 10G, 25G, 40G oder 100G handelt, DAC- und AOC-Kabel bieten entsprechende Schnittstellenoptionen wie SFP+, SFP28, QSFP+, QSFP28 und andere Spezifikationen, um sich an die Porttypen verschiedener Netzwerkgeräte anzupassen. Darüber hinaus unterstützen sie auch Konfigurationen mit Verzweigungsstruktur, etwa die Aufteilung von einem 40G in vier 10G oder von 100G in vier 25G, um den Anforderungen vielfältiger Netzwerkarchitekturdesigns gerecht zu werden.

DACs und AOCs sind zuverlässige Optionen in heutigen Rechenzentren, sowohl in Bezug auf Leistung als auch Kosten, ob sie für direkte Verbindungen über kurze Distanzen oder für flexible Bereitstellungen innerhalb eines bestimmten Bereichs eingesetzt werden.

DAC- und AOC-Wiki: Grundlagenwissen und Typen

DAC, oder Direct Attach Cable, ist im Wesentlichen ein verdrilltes Kupferdrahtpaar mit gängigen modularen Schnittstellen wie SFP+, SFP28, QSFP+, QSFP56 oder QSFP28 an beiden Enden, das verwendet wird, um eine direkte elektrische Verbindung zwischen Netzwerkgeräten herzustellen. Aufgrund ihrer einfachen Struktur und einfachen Bereitstellung sind DACs eine sehr praktische Kabelkategorie, insbesondere für den Einsatz in Szenarien, in denen der Abstand zwischen den Geräten kurz ist.

Diese Kabel werden in zwei Typen unterteilt: passive und aktive. Obwohl beide elektrische Signale über Kupferdrähte übertragen, gibt es einige Unterschiede in ihrer Funktionsweise. Passive DACs sind einfacher und stützen sich auf eine physische Verbindung, um die Signalübertragung ohne zusätzliche Verarbeitung abzuschließen, während aktive DACs Schaltungen im Modul integrieren, um das Signal zu verstärken oder zu regulieren und die Stabilität der Übertragung zu verbessern, insbesondere in Umgebungen, in denen die Übertragungsdistanz etwas größer ist oder in denen viele Störungen auftreten.

In der Praxis werden DACs häufig verwendet, um Switches, Server und Speichergeräte miteinander zu verbinden, insbesondere innerhalb desselben Schranks oder zwischen benachbarten Geräten, die schnell verbunden werden müssen, was eine effiziente und kostengünstige Lösung bieten kann.

Passives DAC vs. aktives DAC vs. AOC

Ein AOC, oder Active Optical Cable, unterscheidet sich von einem DAC dadurch, dass es in seinem Kern eine Multimode-Faser besitzt. Die beiden Enden des Kabels sind mit einem Modul ausgestattet, das der SFP-Schnittstelle ähnelt und zur Umwandlung zwischen elektrischen und optischen Signalen dient. Beim Betrieb ist es notwendig, eine externe Stromversorgung zu nutzen, um die internen elektronischen Komponenten des Moduls anzutreiben, das erste elektrische Signal in ein optisches Signal zur Übertragung umzuwandeln und es dann am anderen Ende wieder in elektrische Signale zurückzuwandeln.

Aufgrund der längeren Übertragungsdistanz und der stärkeren Störfestigkeit von Glasfaser eignet sich AOC besser für den Einsatz zwischen Racks, beispielsweise innerhalb eines Rechenzentrums; beim Herstellen von Verbindungen zwischen Switches, Servern oder Speichergeräten in verschiedenen Bereichen ist AOC eine sehr gängige Wahl. AOC gewährleistet nicht nur eine stabile Hochgeschwindigkeitsübertragung, sondern vermeidet auch Probleme mit Signaldämpfung, die auftreten können, wenn Kupferkabel über längere Distanzen verlegt werden.

Der Unterschied zwischen DAC-Kabeln und AOC-Kabeln

DAC-Kabel eignen sich besser für die Verbindung von Geräten innerhalb desselben Racks, beispielsweise zwischen Switches, Servern oder Speichersystemen. AOC hingegen wird häufig für rackübergreifende Verbindungen verwendet, insbesondere in Rechenzentren, in denen Geräte in verschiedenen Bereichen über große Entfernungen kommunizieren müssen. Neben den unterschiedlichen Einsatzszenarien gibt es jedoch auch in anderen Bereichen tatsächlich einige Unterschiede zwischen diesen beiden Kabeltypen.

Unterschiede beim Stromverbrauch

AOC ist ein aktives Glasfaserkabel, das während des Betriebs eine elektrisch-optisch-elektrische Signalumwandlung erfordert und daher während des Betriebs mehr Energie verbraucht, wobei die Leistungsaufnahme grob zwischen 1 und 2 Watt liegt. Andererseits ist der Stromverbrauch von DAC relativ gering. Aktive DACs werden im Allgemeinen unter 1 Watt gehalten, und bei passiven DACs kann ihr Stromverbrauch, da sie überhaupt nicht auf Elektronik angewiesen sind und nur Kupferdrähte zur Signalübertragung nutzen, auf weniger als 0,15 Watt sinken. Aus Sicht der Betriebskosten ist bei Kurzstreckenverkabelung die Verwendung von DAC zweifellos energieeffizienter und spart auch Strom.

Unterschied in der Übertragungsdistanz

AOC basiert auf Glasfasertechnologie, hat daher einen klaren Vorteil bei der Übertragungsdistanz und kann bis zu 100 Meter unterstützen. Der DAC ist schließlich ein Kupferkabel, und das Signal läuft nur über eine begrenzte Distanz. Im Allgemeinen beträgt die Übertragungsdistanz eines passiven DAC etwa 7 Meter, und ein aktiver DAC kann bis zu 10 Meter unterstützen. In Anwendungsszenarien mit hoher Bandbreite kann diese Einschränkung deutlicher sein, wie zum Beispiel 100G DAC cable, die längste effektive Entfernung beträgt nur etwa 5 Meter. Daher gilt bei der Wahl des Verkabelungsschemas: kurze Distanz mit DAC, lange Distanz oder auf AOC setzen.

Kostenvergleich

Von der Fertigungsstruktur her ist DAC deutlich einfacher als AOC, und die Kosten des Kupferkabels selbst sind niedriger als die von Glasfaser. Bei größeren Rechenzentrumsbereitstellungen kann der Einsatz großer Mengen von DACs die gesamten Verkabelungskosten erheblich senken, wenn die Verbindungsentfernung kein Problem darstellt. Daher ist DAC in Kurzstreckenszenarien, in denen die Kosten Priorität haben, kosteneffizienter. Wenn jedoch eine Kommunikation über große Entfernungen erforderlich ist, muss die Entscheidung für oder gegen AOC mit dem konkreten Budget und Bedarf für eine umfassende Beurteilung kombiniert werden.

Unterschied in der Störfestigkeit

Elektromagnetische Interferenzen (EMI) im Rechenzentrum sind ein Problem, das nicht ignoriert werden darf. Glasfaser selbst ist dielektrisch und nichtleitend, sodass das AOC-Kabel in der Kategorie Störfestigkeit einen natürlichen Vorteil hat; es wird grundsätzlich nicht durch externe elektromagnetische Felder beeinflusst. Das DAC verwendet Kupferdrähte, die von Natur aus anfällig für Störungen durch elektromagnetische Wellen sind, insbesondere bei dichten Störquellen oder in kabelintensiven Schrankumgebungen; wenn Verkabelung und Schutz nicht angemessen sind, kann dies leicht zu einer Verschlechterung der Signalqualität und sogar zu Systeminstabilität führen. Daher sollte in Umgebungen mit hohem Störungsrisiko bei der Modellauswahl diesem Punkt besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden.

Die häufige Anwendung von DAC/AOC

Aufgrund der Unterschiede in Struktur, Stromverbrauch und Übertragungsdistanz werden DACs und AOCs häufig in verschiedenen Arten von Konnektivitätsszenarien eingesetzt, und jeder hat seine eigene geeignete Nutzungsumgebung.

Typische Anwendungsszenarien von DAC

Nimmt man 10G SFP+ DACs als Beispiel, besteht ihre häufigste Verwendung darin, Server mit Switches zu verbinden, die sich im selben oder in benachbarten Racks befinden. Konkret eignet sich diese Art von Direct-Attach-Kabel ideal für den Einsatz in einer ToR-Konfiguration (Top-of-Rack), um Server mit übergeordneten Switches zu verbinden, oder als Link-Verbindung beim Stapeln von 10G-Switches.

Da es typischerweise Verbindungslängen von bis zu etwa 7 Metern unterstützt und hinsichtlich Stromverbrauch, Latenz und Kosten sehr vorteilhaft ist, ist 10G DAC eine ideale Wahl für kurze, hochdichte Verkabelung, insbesondere für dichte Serverbereitstellungen.

DAC- und AOC-Anwendung

AOC-Vorteile bei Kabellänge und Bereitstellungsflexibilität

Im Gegensatz dazu sind 10G SFP+ AOCs nicht durch die physikalischen Eigenschaften von Kupferkabeln eingeschränkt und haben daher den Vorteil, Entfernungen von bis zu 100 Metern unterstützen zu können. Dies macht sie zu einer beliebten Option für die rackübergreifende Verkabelung in Rechenzentren und ist besonders für den Einsatz in ToR- (Top of Rack), MoR- (Middle of Row) und EoR-Architekturen (End of Row) geeignet.

In diesen Layouts, bei denen jeder Server in der Regel über ein oder zwei Kabel mit einem Ethernet-Switch verbunden ist, sind AOC-Kabel gut geeignet, diese Konnektivitätsanforderungen zu erfüllen, während sie entfernungsunabhängig und flexibel in der Bereitstellung sind. Darüber hinaus werden AOCs auch häufig in den zentralen Interconnect-Bereichen von Rechenzentren eingesetzt, z. B. in Spine- und Leaf-Switching-Architekturen, um Geräte in Backbone-, Aggregations- oder Core-Schichten zu verbinden, insbesondere in Szenarien mit hohen Anforderungen an Bandbreite und Entfernung.

Fazit

DAC- und AOC-Kabel spielen sowohl in hochdichten Serverschränken als auch in Kernnetzen von Rechenzentren, die sich über mehrere Racks erstrecken, eine unersetzliche Rolle. Erstere sind aufgrund ihrer geringen Latenz, ihres niedrigen Stromverbrauchs und ihrer kosteneffizienten Eigenschaften die bevorzugte Wahl für Kurzstreckenverbindungen, während Letztere aufgrund ihrer größeren Übertragungsdistanz und Störfestigkeit in komplexen Netzwerkstrukturen flexibler und anpassungsfähiger sind.

In der tatsächlichen Bereitstellung hängt die Wahl des verwendeten Kabeltyps häufig von einer Vielzahl von Faktoren ab, wie Verbindungsentfernung, Leistungsbudget, Störumgebung und Verkabelungskosten. Es gibt keine absoluten Vor- oder Nachteile, sondern nur eine passendere Abstimmung. Das Verständnis der Kernmerkmale und typischen Anwendungen dieser beiden Kabeltypen hilft nicht nur dabei, die Netzwerkarchitektur zu optimieren, sondern auch ein besseres Gleichgewicht zwischen Budgetkontrolle und Leistung zu finden.