IDC Spine-Leaf-Verkabelungslösungsleitfaden: Transceiver vs DAC-Kabel vs AOC-Kabel

Die Spine-Leaf-Netzwerkarchitektur ist eine neue Topologiearchitektur für Rechenzentren. Im Unterschied zur traditionellen 3-Schichten-Architektur besteht die Spine-Leaf-Architektur aus zwei Schichten, einer Spine- und einer Leaf-Schicht. Die gängige Netzwerkverkabelungslösung umfasst Direct Attach Cable (DAC), Active Optical Cable (AOC) und optische Transceiver + Glasfaserkabel. Es ist wichtig, ein geeignetes Verkabelungssystem für die Netzwerkarchitektur auszuwählen. Dieser Artikel erklärt, welche Lösung für bestimmte Bereiche der Spine-Leaf-Architektur geeignet ist.

Warum ist die Spine-Leaf-Netzwerkarchitektur wichtig?

Die traditionelle Switch-Netzwerkarchitektur von Rechenzentren verwendet eine dreischichtige Netzwerkarchitektur, nämlich Core-Aggregation-Access, wie in Abbildung 1 dargestellt. Basierend auf der traditionellen 3-Schichten-Architektur kann die Kommunikation zwischen zwei Access-Switches drei Switches der Aggregation-Core-Aggregation-Schicht erfordern, was für große virtuelle Rechenzentren nicht geeignet ist. 

Der Datenstrom, den das Rechenzentrum verarbeitet, wird immer größer, was geringere Latenz, höhere Bandbreite, schnellere Bereitstellung und höhere Skalierbarkeit für Netzwerksysteme erfordert. Hier kommt die Spine-Leaf-Netzwerkarchitektur ins Spiel, die erste Wahl für den Aufbau von Internet-Rechenzentren. Im Unterschied zur traditionellen 3-Schichten-Architektur verwendet die Spine-Leaf-Netzwerkarchitektur eine 2-Schichten-Netzwerkarchitektur, bei der Verbindungen zwischen allen Zugriffsswitches (Leaf-Switches) und Aggregationsswitches (Spine-Switches) hergestellt werden, wie in Abbildung 1 dargestellt. Mit der oben genannten Architektur können beliebige zwei Zugriffsswitches innerhalb des Rechenzentrums direkt miteinander kommunizieren, ohne Zwischenswitches. Außerdem steht genügend Bandbreite zur Verfügung, um eine effektive Kommunikation zwischen jedem Zugriffsswitch und Aggregationsswitch sicherzustellen. Darüber hinaus ist die Spine-Leaf-Architektur für die Erweiterung von Rechenzentren vorteilhafter, da verschiedene Spine-Leaf-Netzwerke miteinander verbunden werden können, um je nach Bedarf dynamisch in Phasen ein Internet-Rechenzentrum aufzubauen.

Abbildung 1 - Traditionelle 3-Schichten-Netzwerkarchitektur vs. 2-Schichten-Spine-Leaf-Architektur

Verkabelungslösung für Spine-Leaf-Architektur: Transceiver vs. DAC-Kabel vs. AOC-Kabel

Vergleich der unterstützten Entfernungen: Transceiver vs. DAC-Kabel vs. AOC-Kabel

Die aktuelle Netzwerkdatenrate hat 400Gb/s erreicht; es ist absehbar, dass Ethernet-Daten in den kommenden Jahrzehnten 800Gb/s oder sogar 1.6Tb/s erreichen werden. In den Langstreckenverbindungen von Spine-Leaf- und Spine-Core-Spine-Netzwerken sind Transceiver in Kombination mit einer Glasfaserkabellösung weiterhin die erste Wahl, da diese Lösung einen deutlichen Vorteil bei der Übertragungsdistanz bietet. Gemäß dem Standard ISO 11801,   beträgt die unterstützte Entfernung bis zu 2km über Singlemode-Faser (SMF), bis zu 300m bis 400m bei 10G Ethernet und bis zu 100m bis 150m bei 40G/100G Ethernet über Multimode-Faser (MMF).

Was die Direct Attach Cables (DAC-Kabel) und Optische aktive Kabel (AOC-Kabel) Verkabelungslösung: IEEE gibt für DAC-Kabel eine unterstützte Entfernung von bis zu 7m bei einer Datenrate von 400Gb/s an, während die AOC-Verkabelungslösung bis zu 30m unterstützt. Daher ist entweder die DAC- oder die AOC-Verkabelungslösung geeignet, wenn die Verbindungslänge innerhalb von 5m liegt, während die AOC-Verkabelungslösung bei einer Verbindungslänge von 5m bis 30m besser geeignet ist.

Kostenvergleich: Transceiver vs DAC-Kabel vs AOC-Kabel

Tabelle 1 zeigt den Preisvergleich zwischen DAC-, AOC- und Transceiver-Verkabelungslösungen des Unternehmens QSFPTEK. Es zeigt sich deutlich, dass DAC- und AOC-Verkabelungssysteme gegenüber Transceiver- und Glasfaser-Verkabelungssystemen bei verschiedenen Datenraten einen klaren Vorteil haben. Unter den drei Verkabelungslösungen weist die DAC-Verkabelungslösung die niedrigsten Kosten auf, die nur etwa 20 bis 40 Prozent der Kosten von Transceiver-Verkabelungssystemen bei der Übertragung mit verschiedenen Datenraten betragen. Daher sind DAC- und AOC-Verkabelungslösungen bei einer Kurzstreckenverbindung zwischen Top-of-Rack (ToR)-Switches und Servern einer Spine-Leaf-Netzwerkarchitektur kostensparender.

Tabelle 1 - Kosten der QSFPTEK-Verkabelungslösung: Transceiver vs DAC vs AOC

* Die Transceiver-Verkabelungslösung umfasst zwei Transceiver und ein Glasfaserkabel.

* Der Preis der drei Lösungen in der obigen Tabelle basiert auf einer Verbindungslänge von 3m.

Vergleich des Stromverbrauchs: Transceiver vs. DAC-Kabel vs. AOC-Kabel

Der Stromverbrauch ist stets eines der wichtigsten Anliegen in der Branche. Der größte Kostenpunkt für Betrieb und Wartung eines Internet Data Center sind die Stromkosten. Tabelle 2 zeigt den Stromverbrauch von DAC-, AOC- und Transceiver-Verkabelungslösungen. Da aktuelle Spine-Leaf-Netzwerkarchitekturen hauptsächlich auf 10Gb/s und 25Gb/s basieren, lässt sich der folgenden Tabelle entnehmen, dass DAC- und AOC-Verkabelungslösungen die bessere Wahl gegenüber Transceiver-Lösungen sind.

Tabelle 2 - Stromverbrauch der QSFPTEK-Verkabelungslösung: Transceiver vs. DAC vs. AOC

Vergleich von Zuverlässigkeit und Kompatibilität: Transceiver vs DAC vs AOC

In Bezug auf die Zuverlässigkeit sind DAC- und AOC-Verkabelungslösungen mit Groupware-Mustern zuverlässiger als Transceiver-Verkabelungslösungen, da die Transceiver-Verkabelungslösung den Glasfaserstecker mit der Geräteschnittstelle verbinden und die Stirnfläche der Glasfaser sauber halten muss.

In Bezug auf die Kompatibilität bieten Transceiver eine bessere Kompatibilität als DAC- und AOC-Kabel, da letztere vormontierte Transceivermodule von Drittanbietern verwenden und Kompatibilitätstests gemäß den spezifischen Markengeräten durchführen müssen.

Fazit

Aus den genannten Unterschieden zwischen der Transceiver-Glasfaserverkabelungslösung und DAC- sowie AOC-Lösungen lässt sich unter Berücksichtigung der Merkmale und Anforderungen verschiedener Teile der Spine-Leaf-Netzwerkverbindungen die Auswahl einer geeigneten Verkabelungslösung wie folgt zusammenfassen:

a. Im Backbone der Spine-Leaf-Netzwerkarchitektur wird aufgrund der Langstreckenübertragung und der hohen Anforderungen an die Kompatibilität eine Transceiver-Lösung in Kombination mit einer Glasfaserverkabelung empfohlen.

b. Für Kurzstreckenverbindungen innerhalb von 7 Metern zwischen Leaf-Switches/ToR-Switches und Servern wird ein DAC-Kabel aufgrund seiner Vorteile bei Kosten und Stromverbrauch empfohlen. Wichtig ist, dass DAC-Kabelstrukturen aus koaxial abgeschirmtem Twinax-Kupferkabel bestehen, was zu einem dicken und sperrigen Kabel führt und daher nicht für Serverbereitstellungen mit hoher Dichte geeignet ist.

c. In Spine-Leaf-Zweigverbindungen über kurze Distanzen innerhalb von 30 Metern und Verbindungen zwischen Leaf-Switches/ToR zu Servern über mehr als 7 Meter werden AOC-Kabel empfohlen. Im Vergleich zu DAC-Kabeln sind AOC-Kabel, die mit Glasfaserkabeln aufgebaut sind, dünner und leichter, was besser für Serverbereitstellungen mit hoher Dichte geeignet ist.

Wenn Sie Fragen zur Verkabelungslösung für Rechenzentren haben,  besuchen Sie gerne QSFPTEK.COM und wenden Sie sich per [email protected] an uns.