Cáp đột phá: Nó là gì và cách chọn một

Cáp đột phá có một kết nối{0}mật độ cao và tách nó thành nhiều kết nối riêng lẻ. Trong trung tâm dữ liệu và mạng cáp quang, điều này thường có nghĩa là chia cổng QSFP, QSFP28, QSFP-DD hoặc OSFP thành nhiều làn-tốc độ thấp hơn hoặc phân chia đường trục MPO/MTP thành các kết nối LC, SC, FC hoặc ST riêng lẻ. Cáp không tạo thêm băng thông; nó chỉ hiển thị các làn đường hoặc sợi đã tồn tại ở đầu có mật độ-cao.

Hướng dẫn này được viết dành cho các kỹ sư mạng, nhà điều hành trung tâm dữ liệu và nhóm mua sắm, những người cần chọn cáp đột phá cho môi trường sản xuất. Nó tập trung vào các quyết định thường gây ra vấn đề khi triển khai thực tế: hỗ trợ đột phá cổng, lập bản đồ làn đường, phân cực sợi, mã hóa nhà cung cấp và phạm vi tiếp cận.

Cáp đột phá là gì?

Cáp đột phá, còn được gọi là cáp -quạt ra hoặc bộ dây cáp quang, kết hợp nhiều đường dẫn tín hiệu bên trong một vỏ duy nhất và kết thúc mỗi đường dẫn trên đầu nối riêng của nó ở đầu xa. Thay vì kéo nhiều dây cáp rời rạc từ cổng chuyển mạch hoặc bảng vá lỗi có mật độ-cao, một cụm có cấu trúc duy nhất sẽ mang tất cả các làn và chỉ phân tách chúng ở những nơi cần thiết.

Hai ví dụ bao gồm hầu hết các trường hợp sử dụng trung tâm dữ liệu:

• Đột phá cấp độ bộ thu phát-: cổng 100G QSFP28 mang bốn làn 25G; cáp đột phá QSFP28-to-4x SFP28 kết nối cổng đơn đó với bốn NIC máy chủ 25G.
• Đột phá cáp có cấu trúc: đường trục MPO 12{1}}sợi quang đến bảng vá lỗi; một cụm đột phá sợi quang MPO-to-LC chuyển đổi nó thành sáu liên kết LC song công dành cho bộ chuyển mạch và bộ thu phát.

Cáp đột phá,-Cáp ra của quạt và cáp khai thác

Ba thuật ngữ này trùng lặp và được sử dụng không nhất quán trong danh mục của nhà cung cấp. Trong thực tế:

Nếu bạn đang tìm nguồn cung ứng các cụm sợi và nhà cung cấp sử dụng "bộ dây", "quạt-ra" và "đột phá" trong cùng một biểu dữ liệu, hãy yêu cầu họ chỉ định số lượng đầu nối, số lượng sợi, loại cực và chiều dài phân nhánh. Thuật ngữ không thay đổi các tham số đó, nhưng các tham số sẽ thay đổi việc cáp có thực sự hoạt động hay không.

Cáp đột phá hoạt động như thế nào

Chức năng của cáp đột phá là phân tách chứ không phải nhân lên. Liên kết 40G QSFP+ có bốn làn 10G bên trong; cáp đột phá hiển thị mỗi làn trên đầu nối SFP+ của chính nó. Logic tương tự áp dụng cho 100G QSFP28 (bốn làn 25G), 200G QSFP56 (bốn làn 50G PAM4 hoặc hai làn 100G) và 400G QSFP-DD hoặc OSFP (tám làn 50G PAM4, thường được chia thành 4x 100G hoặc 2x 200G).

Để ngắt sợi, đầu nối MPO chứa 8, 12, 16 hoặc 24 sợi trong một ống nối duy nhất. Cáp tách các sợi đó thành các cặp song công được kết thúc trên LC, SC hoặc các đầu nối đơn/song công khác ở đầu ngắt.

Hai hậu quả xảy ra sau đây:

• Công tắc ASIC và cổng phải hỗ trợ chế độ đột phá được yêu cầu. Một cổng trông giống như một lồng QSFP nhưng được mã hóa cứng-thành hoạt động gốc 40G hoặc 100G sẽ không chấp nhận cáp ngắt, bất kể đầu nối có vừa vặn hay không.
• Bản đồ làn đường phải chính xác ở cả hai đầu. Thứ tự làn đường hoặc phân cực của sợi không khớp là lý do phổ biến nhất khiến cáp vật lý tốt không thể kết nối được.

Cấu trúc và tín hiệu làn Ethernet được xác định trong IEEE 802.3. Để phân bổ làn đường chính xác được sử dụng bởi các biến thể 40GBASE, 100GBASE và 400GBASE,Tài liệu nhóm làm việc IEEE 802.3là nguồn có thẩm quyền.

Các loại cáp đột phá phổ biến

Cáp đột phá sợi quang

Cáp ngắt sợi là lựa chọn tiêu chuẩn cho hệ thống cáp có cấu trúc và bất kỳ liên kết nào dài hơn vài mét. Các tổ hợp phổ biến nhất trong trung tâm dữ liệu là:

• MPO/MTP-Song công 12 đến 6x LC (OM3, OM4, OM5 hoặc chế độ đơn)
• MPO/MTP-Song công 8 đến 4x LC cho bộ thu phát tầm ngắn 40G/100G sử dụng bốn làn
• MPO/MTP-Song công 24 đến 12x LC để vá mật độ cao
• Các biến thể MPO-đến-SC, MPO-đến-FC hoặc MPO-đến-ST cho các giao diện cũ

Sử dụng cáp ngắt sợi khi khoảng cách liên kết vượt quá phạm vi thực tế của cáp đồng, khi bạn cần giao tiếp đường trục MPO với các bộ thu phát được trang bị LC{0}} hoặc khi hệ thống cáp được thiết kế xung quanh các bảng vá lỗi và các đường trục có cấu trúc. Đối với mặt tiếp đất của đầu nối, hãy xemDòng sản phẩm đầu nối LC. Đối với bản thân cụm đột phá,Danh mục cáp đột phá sợi MTP/MPObao gồm các biến thể OM3, OM4, OM5 và-chế độ đơn ở cấu hình 8, 12 và 24 sợi.

Hai lần kiểm tra sẽ quyết định xem cáp ngắt sợi quang có hoạt động trên trình cắm{0}}đầu tiên hay không:

• Phân cực. Hệ thống MPO sử dụng cực tính Loại A, Loại B hoặc Loại C. Cực ở đường trục, điểm ngắt và bộ thu phát phải thẳng hàng, nếu không việc truyền và nhận sẽ không ghép nối chính xác.
• Loại sợi. Các sợi OM3, OM4, OM5 và OS2 không thể thay thế cho nhau ở tốc độ dữ liệu cao. Về mặt kỹ thuật, việc trộn OM3 và OM4 trong cùng một kênh là có thể nhưng làm giảm phạm vi tiếp cận được hỗ trợ và thường bị tránh khi cài đặt mới. Đối với giới hạn phạm vi tiếp cận thực tế ở 10G, 25G, 100G và 400G,Tham chiếu khoảng cách sợi đa mode OM1 đến OM5là một điểm khởi đầu hữu ích.

• 

Cáp đột phá DAC

Cáp đột phá Direct Attach Copper mang các làn trên cáp đồng đôi có thiết bị điện tử thu phát được tích hợp ở mỗi đầu. Các cấu hình phổ biến bao gồm 40G QSFP+ đến 4x 10G SFP+, 100G QSFP28 đến 4x 25G SFP28 và 400G QSFP-DD đến 4x 100G QSFP28.

Chọn DAC khi: các liên kết nằm trong cùng một giá đỡ hoặc các giá đỡ liền kề, đường chạy dưới 3 mét đối với đồng thụ động hoặc dưới 7 mét đối với đồng chủ động, đồng thời nguồn điện và ngân sách eo hẹp. Các liên kết trên-của-giá đỡ-đến-máy chủ bên trong cùng một tủ là trường hợp chuẩn.

Tránh DAC khi: đường chạy vượt quá phạm vi tiếp cận thụ động, đường cáp có những khúc cua chật hẹp hoặc mật độ giá đỡ đã tạo ra các vấn đề về quản lý cáp. DAC cứng và nặng so với AOC hoặc cáp quang, đồng thời ở mức 400G, đường kính cáp trở thành trở ngại nghiêm trọng trong các tủ dày đặc.

Cáp đột phá AOC

Ngắt cáp quang chủ động tích hợp các bộ thu phát và cáp quang vào một cụm kết thúc vĩnh viễn. Các đầu nối trông giống như các mô-đun QSFP/SFP nhưng không thể tháo rời khỏi cáp quang.

Chọn AOC khi: liên kết vượt quá phạm vi tiếp cận của DAC nhưng nhà máy cáp quang có cấu trúc đầy đủ lại quá mức cần thiết, đường dẫn cáp dài hoặc có nhiều điểm uốn cong hoặc việc triển khai là kết nối điểm-đến-điểm cố định giữa hai điểm cuối đã biết. Các cụm AI, các liên kết GPU-đến-GPU và các-chuyển đổi giá chéo-sang-máy chủ là điển hình.

Tránh AOC khi: các điểm cuối có thể thay đổi, đường dẫn cáp được chia sẻ với các bảng vá lỗi hoặc bạn muốn có thể thay thế hệ thống quang học độc lập với cáp quang. AOC được bán dưới dạng một đơn vị; nếu một trong hai đầu bị lỗi, toàn bộ cụm sẽ được thay thế.

Đột phá QSFP+, QSFP28, QSFP{2}}DD và OSFP

Hệ số dạng bộ thu phát chỉ mô tả lồng vật lý chứ không mô tả các chế độ đột phá được hỗ trợ. Các kết hợp đột phá điển hình là:

Để biết thông số kỹ thuật về cơ và điện của hệ số dạng QSFP{0}}DD, bao gồm đầu nối hàng-kép và định nghĩa làn 400G, hãy xem phầnQSFP-Đặc tả DD MSA. cácQSFP-Tổng quan về kỹ thuật của DDtrên trang web này có cùng nền tảng ở định dạng{0}}hướng đến người mua.

Ứng dụng khác

Cáp đột phá cũng xuất hiện bên ngoài mạng trung tâm dữ liệu, bao gồm âm thanh (DB25-đến-quạt XLR-, TRS-đến-TS kép), hệ thống AV và hệ thống dây điện điều khiển công nghiệp. Tiêu chí lựa chọn khác biệt đáng kể so với mạng lưới và nằm ngoài phạm vi của hướng dẫn này.

DAC vs AOC vs Fiber Breakout

Một quy tắc thực tế cho việc tìm nguồn cung ứng cho trung tâm dữ liệu: DAC cho-giá đỡ, AOC cho giá đỡ-cố định, ngắt sợi quang cho bất kỳ thứ gì chạm vào bảng vá lỗi hoặc đường trục có cấu trúc.

Cách chọn cáp đột phá

Bước 1: Xác nhận cổng và kiểu dáng ở cả hai đầu

Xác định lồng thu phát chính xác ở đầu có mật độ-cao (QSFP+, QSFP28, QSFP56, QSFP-DD, OSFP) và loại đầu nối ở đầu đột phá (SFP+, SFP28, QSFP28, LC, SC, FC, ST, MPO). Sự giống nhau về hình ảnh là không đáng tin cậy; cùng một lồng kim loại có thể mang các giao diện điện rất khác nhau.

Bước 2: So khớp tốc độ và cấu trúc làn đường

Cấu hình đột phá phải tuân theo cấu trúc làn đường trên cổng. Cổng 100G QSFP28 thực chất được chia thành 4x 25G, không phải 4x 10G; buộc 10G trên làn 25G thường thất bại trong việc đàm phán liên kết. Đối với 400G QSFP{11}}DD và OSFP, hãy xác nhận xem cổng có hỗ trợ 4x 100G, 2x 200G hay 8x 50G hay không và liệu bộ chuyển mạch ASIC có hỗ trợ chế độ FEC tương ứng hay không.

Bước 3: Chọn phương tiện

Áp dụng quyết định DAC / AOC / sợi từ phần trước dựa trên phạm vi tiếp cận, đường dẫn cáp và liệu liên kết có đi qua bảng vá lỗi hay không.

Bước 4: Xác minh hỗ trợ đột phá Switch

Đây là nơi hầu hết các dự án bị đình trệ. Lồng QSFP không tự động hỗ trợ đột phá. Trên nhiều nền tảng:

• Đột phá chỉ được hỗ trợ trên các nhóm cổng cụ thể, không phải mọi cổng trên thẻ dòng.
• Đột phá yêu cầu cấu hình rõ ràng (ghi đè tốc độ giao diện, thay đổi cấu hình cổng) và đôi khi tải lại nhóm cổng hoặc khởi động lại hệ thống.
• Nền tảng yêu cầu loại cáp hoặc mã hóa cụ thể; sử dụng cáp không được nhận dạng có thể vô hiệu hóa cổng một cách âm thầm.

Kiểm tra ma trận đột phá trong hướng dẫn cài đặt phần cứng hoặc danh sách tương thích bộ thu phát của nhà cung cấp thiết bị chuyển mạch trước khi đặt hàng. Cisco, Arista, Juniper, Dell, HPE và NVIDIA đều xuất bản các bảng phân tích theo-nền tảng.

Bước 5: Kiểm tra mã hóa và khả năng tương thích của nhà cung cấp

Các bộ DAC và AOC mang mã EEPROM cho một hoặc nhiều nền tảng máy chủ. Cáp được mã hóa cho Cisco có thể báo cáo lỗi trên bộ chuyển mạch Arista hoặc NVIDIA ngay cả khi lớp vật lý giống hệt nhau. Đối với mạng sản xuất, hãy mua cáp đã được kiểm nghiệm rõ ràng dựa trên mẫu bộ chuyển mạch, card đường truyền và bản phát hành NOS hiện tại của bạn.

Bước 6: Xác minh phân cực và loại sợi (Đột phá sợi)

Đối với đột phá MPO/MTP, hãy xác nhận cực tính (Loại A, B hoặc C), giới tính của đầu nối (nam/ghim so với nữ), loại sợi (OM3/OM4/OM5/OS2) và mặt cuối APC so với UPC nếu có. Phân cực sai là nguyên nhân thường gặp nhất khiến liên kết MPO sáng lên ở bộ thu phát nhưng không truyền được lưu lượng. cácHướng dẫn lựa chọn MTP và MPOđi qua các bước kiểm tra này một cách chi tiết hơn.

Bước 7: Xác nhận các yêu cầu về cơ học và môi trường

Chiều dài cáp phải phù hợp với đường dẫn cáp thực tế chứ không phải khoảng cách{0}}đường thẳng. Thêm một vòng lặp dịch vụ. Xác nhận xếp hạng áo khoác (LSZH, OFNR, plenum), bán kính uốn cong tối thiểu và nhiệt độ vận hành so với môi trường triển khai. Trong giá-mật độ cao, đường kính và độ cứng của cáp thường hạn chế các lựa chọn hơn là tốc độ dữ liệu.

Kịch bản-Đề xuất dựa trên

Đối với các đường trục chính cung cấp các cụm đột phá xuôi dòng, hãy xemTùy chọn cáp trung kế MPO/MTP. Hướng dẫn chi tiết hơn về quyết định giữa cụm đường trục và cụm đột phá có sẵn trongHướng dẫn lựa chọn cáp đột phá MPO.

Ghi chú triển khai thực tế

Một số quan sát khi làm việc với hệ thống cáp đột phá trong môi trường sản xuất:

Mẫu phiếu phổ biến nhất khi triển khai đột phá mới không phải là cáp bị lỗi. Đó là một nhóm cổng chưa bao giờ được đặt ở chế độ đột phá, FEC không khớp giữa bộ chuyển mạch và NIC máy chủ hoặc đường trục MPO có cực tính không khớp với dây nịt ở phía bên kia. Những vấn đề này thoạt đầu trông giống như vấn đề về cáp.

Đối với môi trường-nhà cung cấp hỗn hợp, hãy yêu cầu nhà cung cấp cáp xác nhận việc mã hóa riêng cho từng nền tảng mục tiêu và yêu cầu tuyên bố về khả năng tương thích bằng văn bản. Mã hóa "nhiều{2}}nhà cung cấp" chung không phải lúc nào cũng được mọi bản phát hành NOS chấp nhận.

Đối với việc triển khai 400G và 800G, thông số cơ học của cáp (đường kính, độ cứng, bán kính uốn cong tối thiểu) thường xác định những gì có thể xây dựng được về mặt vật lý trong tủ 19-inch. Bạn nên yêu cầu bản vẽ mặt cắt cáp-trước khi đặt hàng, đặc biệt đối với các đường trục MPO có số lượng sợi-cao. cáctham chiếu mất chènrất hữu ích khi tính toán ngân sách liên kết mà bất kỳ tổ hợp đột phá mới nào cũng phải phù hợp bên trong.

Câu hỏi thường gặp về cáp đột phá

Mục đích của cáp đột phá trong trung tâm dữ liệu là gì?

Cáp đột phá hiển thị các làn hoặc sợi riêng lẻ của một cổng mật độ-cao dưới dạng các kết nối riêng biệt, do đó, một cổng chuyển mạch 40G/100G/400G có thể phục vụ nhiều thiết bị có tốc độ-thấp hơn và một đường trục MPO có thể cấp nguồn cho nhiều bộ thu phát được trang bị LC.

Cáp đột phá có giống như bộ chia không?

Không. Bộ chia, trong cáp quang, chia công suất quang cho nhiều đầu ra (bộ chia PLC thụ động là một ví dụ). Cáp đột phá ngăn cách các làn hoặc sợi vốn đã khác biệt về mặt vật lý bên trong đường trục. Không có sự phân tách quang học hoặc điện xảy ra.

Tôi có thể sử dụng cáp ngắt trên bất kỳ cổng QSFP hoặc QSFP{0}}DD nào không?

Không. Cổng phải nằm trong nhóm cổng mà ASIC và NOS của switch hỗ trợ cho việc đột phá và việc đột phá phải được cấu hình rõ ràng. Kiểm tra ma trận đột phá của nhà cung cấp và phiên bản NOS đang chạy trước khi đặt hàng.

Cáp đột phá có làm giảm tốc độ liên kết không?

Nó không làm giảm tốc độ trên mỗi làn đường. Cổng 100G QSFP28 được chia thành 4x 25G vẫn cung cấp 25G trên mỗi nhánh. Tổng băng thông trên bốn nhánh bằng với tốc độ cổng ban đầu.

Tại sao cáp đột phá của tôi không hiển thị liên kết?

Các nguyên nhân thông thường, theo thứ tự tần suất: chế độ đột phá không được định cấu hình trên nhóm cổng; Cài đặt FEC không khớp giữa bộ chuyển mạch và máy chủ; EEPROM cáp không được NOS nhận ra; đối với sợi quang, cực MPO sai; hoặc các chặng đột phá được kết nối theo thứ tự không khớp với bản đồ làn đường dự kiến.

Cáp ngắt MPO-đến-LC dùng để làm gì?

Đột phá MPO-đến-LC (còn được gọi là bộ khai thác hoặc quạt-out) kết thúc đường trục MPO/MTP thành các đầu nối LC song công riêng lẻ. Đây là giao diện tiêu chuẩn giữa đường trục MPO và thiết bị sử dụng bộ thu phát LC, đặc biệt là trong cấu trúc cột sống{4}}lá và ToR.

Nên chọn DAC thụ động hay chủ động để đột phá?

DAC thụ động phù hợp với các liên kết rất ngắn,{0}}trong khung, nơi mỗi miliwatt và mỗi đô la đều quan trọng. Active DAC phù hợp khi cùng một hệ số dạng cần vươn xa hơn một chút hoặc đi qua các bảng vá lỗi với mức tổn hao lớn hơn mức mà một trục kép thụ động có thể chịu đựng được.

Tôi nên xác nhận điều gì trước khi đặt mua cáp quang?

Loại đầu nối và số lượng ở cả hai đầu, loại sợi (OM3/OM4/OM5/OS2), cực MPO (Loại A/B/C), giới tính đầu nối, mặt cuối APC và UPC, định mức vỏ bọc và chiều dài cáp được định tuyến bao gồm cả vòng lặp dịch vụ.

Phần kết luận

Cáp đột phá là một trong những công cụ hữu ích nhất để quản lý môi trường-tốc độ và mật độ{{1} cao hỗn hợp, nhưng nó cũng là một trong những nguồn phổ biến nhất gây ra các sự cố triển khai có thể tránh được. Bản thân cáp hiếm khi có vấn đề; các chế độ lỗi hầu như luôn đến từ cấu hình cổng, lập bản đồ làn đường, phân cực hoặc mã hóa nhà cung cấp.

Đối với các dự án trung tâm dữ liệu và mạng cáp quang, hãy bắt đầu quá trình lựa chọn từ nền tảng chuyển mạch, không phải từ danh mục cáp. Xác nhận cổng nào hỗ trợ đột phá và ở chế độ nào, chọn phương tiện dựa trên phạm vi tiếp cận và đường dẫn cáp, đồng thời xác minh cực tính và mã hóa trước khi đặt hàng. Nếu nhà cung cấp không thể trả lời những câu hỏi đó bằng văn bản, hãy coi đó là tín hiệu để tìm nơi khác.

Đối với các câu hỏi về khả năng tương thích cụ thể của dự án-hoặc cấu hình chia nhỏ tùy chỉnh,gửi một cuộc điều travới nền tảng chuyển mạch, tốc độ cổng và phạm vi tiếp cận cần thiết của bạn, đồng thời nhóm kỹ thuật có thể xác nhận việc lắp ráp phù hợp.