Руководство по решению для кабельной разводки IDC Spine-Leaf: трансиверы, кабели DAC и кабели AOC

Архитектура сети Spine-Leaf представляет собой новую топологию центров обработки данных. В отличие от традиционной трехуровневой архитектуры, архитектура Spine-Leaf состоит из двух уровней: spine и leaf. Основные решения для сетевой кабельной инфраструктуры включают кабель прямого подключения (DAC), активный оптический кабель (AOC), а также оптический трансивер + оптоволоконный кабель. Важно выбрать подходящую кабельную систему для сетевой архитектуры. В этой статье рассказывается, какое решение подходит для конкретных частей архитектуры Spine-Leaf.

Почему важна архитектура сети Spine-Leaf?

Традиционная архитектура сети коммутаторов центров обработки данных использует трехуровневую сетевую архитектуру, то есть ядро-агрегация-доступ, как показано на рисунке 1. В традиционной трехуровневой архитектуре для связи между двумя коммутаторами доступа могут потребоваться три коммутатора уровня агрегация-ядро-агрегация, что не подходит для крупномасштабных виртуальных центров обработки данных. 

Объем данных, обрабатываемых центрами обработки данных, становится все больше, что требует от сетевых систем меньшей задержки, более высокой пропускной способности, более быстрого развертывания и более высокой масштабируемости. Поэтому на смену приходит сетевая архитектура Spine-Leaf, являющаяся первым выбором для строительства интернет-центров обработки данных. В отличие от традиционной трехуровневой архитектуры, сетевая архитектура Spine-Leaf использует двухуровневую архитектуру, устанавливая соединения между всеми коммутаторами доступа (коммутаторами Leaf) и коммутаторами агрегации (коммутаторами Spine), как показано на рисунке 1. Благодаря этой архитектуре любые два коммутатора доступа внутри центра обработки данных могут обмениваться данными напрямую без промежуточных коммутаторов. Кроме того, обеспечивается достаточная пропускная способность для эффективной связи между каждым коммутатором доступа и коммутатором агрегации. Более того, архитектура Spine-Leaf лучше подходит для расширения центра обработки данных: путем объединения различных сетей Spine-Leaf можно реализовать поэтапное динамическое строительство интернет-центра обработки данных в соответствии с потребностями.

Рисунок 1. Традиционная трехуровневая сетевая архитектура и двухуровневая архитектура Spine-Leaf

Решение по кабельной разводке архитектуры Spine-Leaf: трансивер против кабеля DAC и кабеля AOC

Сравнение поддерживаемых расстояний: трансивер, кабель DAC и кабель AOC

Текущая скорость сети достигла 400Gb/s, поэтому можно предположить, что в ближайшие десятилетия скорость передачи данных Ethernet достигнет 800Gb/s или даже 1.6Tb/s. В магистральных сетях Spine-Leaf и Spine-Core Spine на длинных расстояниях трансиверы, соответствующие решениям с оптоволоконными кабелями, по-прежнему являются первым выбором, поскольку такие решения имеют явное преимущество по дальности передачи. Согласно стандарту ISO 11801,   поддерживаемое расстояние составляет до 2km по одномодовому волокну (SMF), до 300m–400m в 10G Ethernet и до 100m–150m в 40G/100G Ethernet по многомодовому волокну (MMF).

Что касается Кабели прямого подключения (кабели DAC) и Оптические активные кабели (кабели AOC) Решение на основе кабелей: IEEE указывает, что кабели DAC поддерживают расстояние до 7 м при скорости передачи данных 400 Гбит/с, тогда как кабельное решение AOC поддерживает расстояние до 30 м. Поэтому и кабельное решение DAC, и кабельное решение AOC подходят, если длина соединения не превышает 5 м, тогда как кабельное решение AOC лучше подходит для соединений длиной от 5 до 30 м.

Сравнение стоимости: трансивер, кабель DAC и кабель AOC

В таблице 1 приведено сравнение стоимости кабельных решений компании QSFPTEK на основе DAC, AOC и трансиверов. Очевидно, что кабельные системы DAC и AOC имеют значительное преимущество по сравнению с трансиверными и оптоволоконными кабельными системами при различных скоростях передачи данных. Среди трех кабельных решений решение на основе DAC отличается наименьшей стоимостью, которая составляет лишь около 20–40 процентов стоимости трансиверных кабельных систем при передаче данных на различных скоростях. Поэтому для соединений на коротких расстояниях между коммутаторами верхнего уровня стойки (ToR) и серверами в сетевой архитектуре Spine-Leaf кабельные решения DAC и AOC являются более экономичными.

Таблица 1. Стоимость решений по кабельной инфраструктуре QSFPTEK: трансивер против DAC и AOC

* Решение для подключения трансиверов включает два трансивера и один оптический кабель.

* Стоимость трех решений в приведенной выше таблице рассчитана для длины линии 3m.

Сравнение энергопотребления: трансивер и кабели DAC и AOC

Энергопотребление всегда является одной из наиболее серьезных проблем в отрасли. Наибольшую часть расходов на эксплуатацию и техническое обслуживание центра обработки данных составляет электроэнергия. В таблице 2 показано энергопотребление решений с кабелями DAC, AOC и трансиверами. Поскольку современные сетевые архитектуры Spine-Leaf в основном используют скорости 10Gb/s и 25Gb/s, из приведенной ниже таблицы видно, что решение с кабелями DAC и AOC является лучшим выбором по сравнению с решением на основе трансиверов.

Таблица 2 — энергопотребление кабельных решений QSFPTEK: трансивер по сравнению с DAC и AOC

Сравнение надежности и совместимости: трансивер, DAC и AOC

Что касается надежности, поскольку решение с кабелями для трансиверов должно соединять оптический коннектор с интерфейсом устройства и поддерживать чистоту торцевой поверхности оптического волокна, кабельные решения DAC и AOC с конструкцией на основе групповых компонентов надежнее решений с кабелями для трансиверов.

Что касается совместимости, трансиверы обладают лучшей совместимостью, чем кабели DAC и AOC, поскольку в последних используются предварительно собранные трансиверные модули сторонних производителей и требуется проводить тестирование совместимости в соответствии с конкретными устройствами определённого бренда.

Заключение

Различия между решением с волоконно-оптической кабельной системой на базе трансиверов и решениями DAC и AOC уже упоминались. С учетом особенностей и требований к различным участкам сетевых соединений Spine-Leaf выбор подходящего кабельного решения можно обобщить следующим образом:

a. В магистральной части сетевой архитектуры Spine-Leaf, учитывая дальность передачи и высокие требования к совместимости, рекомендуется использовать трансиверы в сочетании с решением на основе волоконно-оптического кабеля.

b. Для коротких соединений длиной до 7 метров между коммутаторами Leaf/коммутаторами ToR и серверами рекомендуется использовать кабель DAC благодаря его преимуществам с точки зрения стоимости и энергопотребления. В частности, кабели DAC имеют конструкцию на основе коаксиального экранированного медного кабеля Twinax, что делает их толстыми и громоздкими, поэтому они не подходят для развертывания серверов с высокой плотностью.

c. Для коротких соединений между уровнями Spine и Leaf на расстоянии до 30 метров, а также для соединений между коммутаторами Leaf/ToR и серверами на расстоянии более 7 метров рекомендуется использовать кабели AOC. По сравнению с кабелями DAC, кабели AOC, изготовленные с использованием оптоволоконного кабеля, тоньше и легче, поэтому лучше подходят для развертывания серверов высокой плотности.

Если у вас возникли вопросы по решению для кабельной инфраструктуры центра обработки данных,  посетите QSFPTEK.COM и связаться по адресу [email protected].