HD MPO rendszer Migráció 40 Gbps-ra és 100 Gbps-ra egyszerűen

Átírás

1 HD MPO rendszer Migráció 40 Gbps-ra és 100 Gbps-ra egyszerűen

2 HD MPO rendszer - Migráció 40 Gbps-ra és 100 Gbps-ra egyszerűen Tartalom 1. MPO komponensek Csatlakozók Adapterek Kábelek Modul, adapter lemez A polaritás módszerek Migráció: 10 GbE-ről 100 GbE-re Kapacitásbővítés a meglévő 10G környezetben A kapacitásbővítés 10G-ról a 40G-ra A kapacitásbővítés 40G-ról 100G-ra Power budget Összefoglalás Copyright 2013 Reichle & De-Massari AG (R&M). Alle Rechte vorbehalten. Weitergabe und Vervielfältigung dieser Publikation oder von Teilen daraus sind, zu welchem Zweck und in welcher Form auch immer, ohne die ausdrückliche schriftliche Genehmigung durch Reichle & De-Massari AG nicht gestattet. In dieser Publikation enthaltene Informationen können ohne vorherige Ankündigung geändert werden. Die Erstellung dieses Dokuments erfolgte mit grösstmöglicher Sorgfalt, es enthält den zum Zeitpunkt der Erstellung aktuellen technischen Stand. All rights reserved. It is not permitted to pass on and replicate this publication or parts of it for whatever reason and in whatever form without express written permission from Reichle & De Massari AG. Information contained in this publication may be altered without prior notice. This document was produced with the greatest possible care; it presents the state of the art at the time of preparation. 2

3 Hogyan tudunk egyszerűen nagyobb sávszélességet elérni A multi-üvegszálas csatlakozók MPO technológiája ideális feltételeket biztosít, az adatközpontok nagy teljesítményű adatátviteli hálózatainak jövőbeni követelményeinek kielégítésére. Ez a technológia lehetővé teszi az egyszerűbb és hatékonyabb skálázást és migrációt a 40/100 Gigabit Ethernet-es hálózati működésre. Alkalmazás: Adatközpont hálózatok 10 és 40/100 Gigabit Ethernet Technológia: Multimódusú optikai kábelezés Formátum: Műszaki ismertető (White Paper) Témák: Az MPO technológia és az MPO / MTP csatlakozók alkalmazása, a párhuzamos optikai kábelezés skálázása, migráció a 40/100 Gigabit Ethernet-re, polarítás módszerek Cél: Hálózati tervezők orientálása, döntés támogatása a 40/100 Gigabit Ethernet migráció esetén. Célcsoport: Adatközpont tervezők, a hálózat üzemeltetők Szerző: Dr. Thomas Wellinger Megjelent: április A szükséges infrastruktúrát egy maroknyi alapvető összetevőből (előszerelt tálcák, állványok és törzs kábelek) meg lehet valósítani. Moduláris és rugalmasan skálázható kábelezési rendszerek segítenek beruházási folyamat világos áttekintésében. Párhuzamos optikai összeköttetések keményebb követelményeket támasztanak a tervezés az adminisztráció és a termék értékelés tekintetében. Ez a tény minőségi strukturált kábelezés felhasználását követeli meg. A polaritás kezelését és az egyes szálak elrendezését minden egyes csatornán pontosan előre meg kell határozni. A maximális átviteli minőség biztosításához az egyes kábel szakaszok és csatlakozók csillapítási veszteségét is figyelembe kell venni. A következetes tervezés és telepítés nagyban segíti az adatközpont hatékony, rugalmas és hibamentes üzemelését. Ezen műszaki tájékozató célja, hogy az olvasókat megismertesse az MPO technológia gyakorlati alkalmazásával. Bemutatja a 10 Gigabit Ethernetről 40/100 Gigabit Ethernetre történő átállás (migráció) kérdéseit. Ez a dokumentum alapvető információkat és ajánlásokat nyújt arra, hogy hogyan kell tervezni a vonatkozó szabványoknak megfelelő párhuzamos optikai csatornákat (parallel optical channels) különös figyelemmel a power budget -ra (teljesítmény tervezés) és a polaritási módszerekre. 3

4 1. MPO komponensek Bevezetés: a párhuzamos optikai MPO kapcsolatokhoz szükséges komponensek bemutatása Megjegyzés: Ajánljuk megtekinteni az alábbi dokumentumot: "MPO és MTP 1 - Bevezetés a párhuzamos optikai interfész technológiába", ami információt tartalmaz a 40/100 GbE technológia és a párhuzamos optikai összeköttetések alapjairól. Letöltheti ezt a tájékoztatót a weboldalon, a "Service / Downloads" alatt. Az egyszerűség kedvéért ez a tájékoztató MPO csatlakozókra hivatkozik a teljes MPO / MTP csatlakozó elnevezés helyett. Természetesen, az R&M olyan MPO csatlakozókat használ, amelyek megfelelnek a jóval szigorúbb MTP szabványoknak. (Lásd még: az MPO és MTP - Bevezetés a Párhuzamos Optikai Interfész Technológiába című R&M tájékoztatót). Az alább említett összes komponens kivétel nélkül MTP komponens. A szerző ezért a továbbiakban eltekint a bővített MTP -s jelölés használatától Csatlakozók MPO csatlakozók akár 72 szál összekapcsolását is lehetővé teszik egyetlen csatlakozással. A kapcsolatnak stabilnak kell lennie, és a csatlakozó felületeknek pontosan kell illeszkednie. Ezek a szempontok elengedhetetlenül szükségesek a kívánt átviteli paraméterek eléréséhez. A hibás kapcsolódás akár az alkatrészeket is károsíthatja és/vagy az átvitel teljes megszakadását is eredményezheti. Az MPO csatlakozók apa (csapokkal) és anya (csapok nélkül) változatban állnak rendelkezésre. A csapok biztosítják, hogy a csatlakozók felületei pontosan illeszkedjenek egymáshoz és hogy az optikai szálak végei pontosan kontaktáljanak. 1. ábra: Apa MPO csapokkal (balra) és az anya MPO csapok nélkül (jobbra) Két másik jól látható jellemző az orrok és vájatok (kulcsok) a csatlakozók felső oldalán. Ezek biztosítják, hogy az adapterek a csatlakozók megfelelő végeit illesszék egymáshoz Adapterek Kétféle MPO adapter létezik a kulcs elhelyezkedése szerint: A típus: Kulcs-fent / Kulcs-lent Itt a kulcs egyik oldalon fent és a másikon lent van. A két csatlakozó egymáshoz képest 180 -kal elfor dítva van csatlakoztatva. B típus: Kulcs-fent / Kulcs-fent Mindkét kulcs fent. A két csatlakozó egymáshoz képest ugyanabban a helyzetben van csatlakoztatva 4

5 2. ábra: MPO adapterek: kulcs-fent / kulcs-lent (balra), kulcs-fent / kulcs-lent (jobbra) A csatlakoztatás szabályai 1. MPO kapcsolatot mindig egy apa csatlakozóval, egy anya csatlakozóval és egy MPO adapterrel valósítunk meg. 2. Soha ne csatlakoztasson apát apával vagy anyát anyával. Az anya-anya csatlakoztatásnál, a két csatlakozó szálmagjai nem lesznek a pontosan azonos pozícióban, mivel a vezető csapok hiányoznak. Ez teljesítmény veszteséget okoz. Az apa-apa kapcsolat súlyosabb következményekkel jár. Itt a vezető csapok egymásnak nyomódnak így nem jön létre fizikai kapcsolat a szálmagok között. Ez az elrendezés a csatlakozókat is károsíthatja. 3. Soha ne szereljen szét egy MPO csatlakozót. A csapokat nehéz elválasztani az MPO csatlakozóról és az optikai szálak is eltörhetnek a leválasztás során. Ezen túlmenően a garancia is érvényét veszti, ha kinyitjuk a csatlakozó házat! 1.3. Kábelek MPO kábeleket már csatlakozókkal ellátva készre szerelve szállítják. Ennek az a következménye, hogy bár a tervezés nagyobb figyelmet követel, de számos előnye van: rövidebb telepítési idő, tesztelt és garantált minőség és nagyobb megbízhatóság. Törzs kábelek (patch kábelek) A törzs kábelek az MPO modulok, a patch és a csoport (harness) kábelek között teremtenek összeköttetést. A törzs kábelek 12 vagy 24 szálas változatban kaphatóak. A végeiken apa MPO csatlakozóval vannak szerelve. Az MPO patch kábelként történő felhasználáshoz, anya MPO csatlakozó van mindkét végen. 3. ábra: A törzs kábelek elérhetőek apa - apa változatban (balra) és anya - anya változatban (jobbra). 5

6 Csoport kábelek A csoport kábelek biztosítanak átmenetet a multi-kábelekről az egyszálas csatlakozókhoz. Az R&M csoport kábelek az MPO oldalon apa vagy anya csatlakozóval, az ostor oldalon LC vagy SC csatlakozókkal vannak szerelve. 4. ábra: Csoport kábelek apa MPO csatlakozóval X kábelek A 24 szálas X kábeleket általában MPO modulok összekapcsolásához használják. Mindkét végük két ostorban végződik egy-egy 12 szálas MPO csatlakozóval. 5. ábra: X kábel 12 szálas MPO csatlakozóval. Y kábelek Az Y kábeleket általában a 2-1-es változatukban használják. Tipikus alkalmazása az, amikor a 100 GbE-re történő migráció részeként, két 12 szálas törzs kábelt csatlakoztat egy 24 szálas patch kábelhez. A meglehetősen ritka 1-3-as változat teszi lehetővé három 8 szálas MPO csatlakozó csatolását 24 szálas törzskábelbe, például a 40GbE migrációhoz. 6. ábra: Y kábeleket a 2-1-változat (balra) és az 1-3 változat (jobbra) Duplex patch kábelek Itt nem MPO kábelekről, hanem klasszikus duplex kábelekről van szó. Ezek léteznek cross-over változatban (A-A) és egyenes változatban (A-B), LC vagy SC csatlakozóval szerelve. 7. ábra: LC Duplex patch kábelek, cross-over változat (balra) és egyenes változat (jobbra) 6

7 1.4 Modul, adapter lemez Modulok és adapter lemezek csatlakoztatják a törzs kábelt a patch kábelhez. HD modul A HD MPO modul lehetővé teszi a törzs kábel szálainak fogadását és ezek kiosztását duplex kábelekre. Készreszerelt egységként, az MPO modulok 12 vagy 24 szállal vannak ellátva és LC duplex, SC duplex vagy E kompakt adapterekkel az frontoldalukon, és MPO-val a hátoldalukon. 8. ábra: HD MPO modul LC adapterekkel Adapter lemez A HD adapter az MPO törzs kábelt köti össze MPO patch kábellel vagy a csoport kábellel. HD MPO adapter lemezek elérhetőek akár 12 MTP adapterrel is, melyek A vagy B típusúak lehetnek. Szélsőséges esetben akár 1,152 szál /unit sűrűség is megvalósítható (24 szálas MPO-kal) négy ilyen adapter lemez HD panelben történő behelyezésével. 9. ábra: MPO adapter lemez (12xMPO) 7

8 2. A polaritás módszerek A csatlakozók és adapterek kódolva vannak, hogy biztosítva legyen a csatlakoztatások helyes iránya. A három polaritás módszert -A, B és C, ahogy a TIA-568-C szabvány meghatározza - azért használják, hogy garantálják a megfelelő kétirányú elosztást. Ez a fejezet ezeket a módszereket mutatja be röviden. A módszer Az A módszer egyenes A típusú törzs kábeleket (szál # 1-ből szál # 1-be), és A típusú (kulcs-fent/kulcs-lent) MPO adaptereket használ. A kapcsolat egyik végén egy egyenes patch kábel (A-B), a másik végén egy kereszt (cross-over) patch kábel (A-A) van. A páronkénti csere a patch végen történik. Vegyük észre, hogy csak egy A-A patch kábelt lehet használni minden linkhez. Az R&M az A módszerhez 2007-től kínál MPO komponenseket. Az A módszert igen könnyen meg lehet megvalósítani, mert pl. csak egy fajta kazettatípusra van szükség, és talán ez a leginkább elterjedt módszer. B módszer B módszer cross-over B típusú törzskábeleket (szál # 1-ből szál # 12-be), és B típusú (kulcs-fent/kulcs-fent) MPO adaptereket használ. Azonban a B típusú adaptereket különbözőképp használjuk a két végen (kulcs-felül/kulcs-felül <-> kulcs-alul/ kulcs-alul), ez több tervezést és költséget igényel. Egyenes patch kábelt (A-B) használunk a kapcsolat mindkét végén. A B módszer nincs széles körűen elterjedve, mivel a nagyobb tervezési erőfeszítést és költséget követel meg. Az R&M nem - vagy csak külön kérésre - támogatja ezt a módszert, C módszer A C módszer páronként fordított C típusú törzskábelt és A típusú (kulcs-fent/kulcs-lent) MPO adaptereket használ. A kapcsolat mindkét végén egyenes patch kábelt (A-B) használ. Más szóval, a párok polaritás fordítása a törzskábelekben következik be, ami a tervezési igényt és a törzskábelek költségeit is növeli. Páros számú törzskábeleknél A-A patch kábel használata szükséges. C módszer sem túl elterjedt, a nagyobb tervezési erőfeszítés és költség miatt. Az R&M nem - vagy csak külön kérésre - támogatja a C-módszert. S módszer Az S módszer (ezt a megnevezést az R&M határozta meg) 2013 óta érhető el. Csak egy típusú patch kábelt (A-B) igényel. A duplex jelátvitelhez (10 GBASE-SR) szükséges szálkeresztezés az előszerelt kazettában történik meg. Mind a törzs és patch kábel, mind a fény útjának kapcsolat diagramja változatlan marad minden alkalommal, még a 40/100 GbE-es átvitel megvalósításához szükséges párhuzamos átvitel megvalósítása esetén is. Tizenkét LC port úgy van felosztva Tx (adó) és Rx (vevő) között, hogy az összes Tx szál egy 12 szálas MPO-ba fut, az összes Rx pedig egy másik 12 szálas MPO-ba fut. Ezt a két MPO-t például egy X kábellel lehet csoportosítani. B típusú adapterek vannak a modulokba szerelve. Így lehetséges szimmetrikus kábelezés megvalósítása, B típusú törzs kábelekkel,1g, 10G, 40G és 100G-hoz. Ez azt jelenti, hogy az átviteli kapacitás egyszerűen és kis költséggel bővíthető. Ezen túlmenően, az egyetlen dolog, amit meg kell tenni, a kazetták cseréje adapter lemezekre. 8

9 A módszerek áttekintése: Az alábbi táblázat összefoglalja a különböző módszereket: 9

10 3. Migráció: 10 GbE-ről 100 GbE-re A Strukturált kábelezési környezetben az MPO csatlakozókban végződtetett és párhuzamos optikai kapcsolatba állított OM3 és OM4 optikai kábelek az alapjai a jövő a 40/100 GbE technológiájának. Ez a fejezet leírja,hogy hogyan lehet sikerrel kivitelezni a migrációt 10 GbE-ről a 40/100 GbE-re, illetve megadja a főbb szempontokat, amiket észben kell tartani az átállás során. Egy adatközpont teljes újjáépítése természetesen nem mindennapos esemény. Amikor ez mégis megtörténik, akkor az üzemeltetőnek kivételes lehetősége adódik arra, hogy a legújabb technológiákat felhasználva nagyobb sávszélesség elérését lehetővé tevő alapokat fektessen le. Az elkövetkezendő években megszokott dolog lesz a meglévő infrastruktúrák fokozatos átalakítása vagy kibővítése 40/100G eléréséhez. Ehhez hasznos megközelítés lesz először a meglévő passzív komponensek, majd az aktív komponensek cseréje (amint ezek elérhetővé és megfizethetővé válnak). A kapacitásbővítés általában három lépésben történik: 1. Kapacitásbővítés a meglévő 10G-es környezetben 2. Kapacitásbővítés a 10G-ról 40G-ra 3. Kapacitásbővítés a 40G-ról 100G-ra Ezeket az egyedi lépéseket az alábbiakban tárgyaljuk Kapacitásbővítés a meglévő 10G környezetben A TIA-942-A, EN :2009, ISO / IEC és a hamarosan megjelenő IEC szabványok tartalmaznak specifikációkat az adatközpontok hálózati tervezésre. Az alábbi lépések feltételezik, a szabványoknak megfelelően jól megtervezett és telepített hálózatot és csupán a migráció lépéseit írják le. A 10 GbE-ről 40/100 GbE-re történő migráció első lépése természetesen- magában foglalja a kapacitás bővítését a meglévő 10 GbE-es környezetben. Egy 12-szálas MPO kábel váltja ki a gerincet ebben az esetben. LC/MPO modulok és patch kábelek biztosítják a kapcsolatot a 10G-ás switchekhez. Fontos itt megjegyezni, hogy a duplex jelek esetén a TIA-568-C szabvány anya törzskábelekre és apa modulokra hivatkozik. Azonban az R&M apa törzskábelek és anya modulok beépítését javasolja azért, hogy a későbbi migráció könnyebb legyen. A párhuzamos optikai jelátvitelre történő migráció során ekkor anyaanya MPO patch kábeleket lehet használni a törzskábelhez történő csatlakozáshoz. Ez a lépés csökkenti a kábelezés komplexitását. A migráció a hagyományos módszer alkalmazásával is elvégezhető, anya-anya törzskábelekkel. Azonban mivel az adó-vevők apa MPO interfésszel rendelkeznek, ezért a meglévő törzskábeleket ki kell cserélni vagy hibrid patch kábeleket kell használni (apa-anya). A különböző konstellációk merülnek fel, a meglévő infrastruktúrától és a felhasznált polaritási módszertől függően. A módszer 10

11 10. ábra: 10G, 1. eset - MPO törzskábel (A típus, apa-apa) felváltja a meglévő duplex törzskábelt (középen). MPO modulok (A-típus, anya) biztosítják az átmenetet az LC Duplex patch kábelekre A-B (balra) és A-A (jobbra). Mivel a HD MPO moduloknak két MPO adapter van a hátsó törzsoldalán, ezért az egyik lehetőség az lenne, hogy a két 12-szálas MPO-t egy 24 szálas X kábellel kössük össze. 11. ábra: 10G, 2. eset - MPO törzskábel (A típus, apa-apa) felváltja a duplex törzskábelt (középen). MPO modul (A-típusú, anya) biztosítja az átmenetet a régi LC Duplex patch kábelre A-B (balra). Adapter lemez (A típus) és a csoport kábel (anya) felváltotta az LC Duplex patch kábelt. 12. ábra: 10G, 3. Eset A kapcsolat LC Duplex patch kábelből A- B, MPO modulból (A típus, anya), valamint csoport kábelből (apa) áll. S módszer 13. ábra: 10G - MPO törzskábel (B típus B, apa-apa) kiváltja a duplex törzskábelt (középen), MPO modulok (S típus, anya) biztosítják az átmenetet a meglévő LC Duplex patch kábelekhez A-B (balra, jobbra). Mivel az S típusú modul esetén a Tx és Rx egy-egy MPO-ra van gyűjtve ezért az elrendezés egy X kábelt kíván meg A kapacitásbővítés 10G-ról a 40G-ra Ha a következő lépés magában foglalja a 10G-ás switchek cseréjét 40G-ásokra, akkor egyszerűen MPO adapter lemezeket helyezünk az MPO modulok helyére. A telepítőnek itt is szem előtt kell tartania a vállasztott polaritás módszert. A módszer 14. ábra: Az MPO modul cseréje MPO adapter lemezre (A típus) és az LC Duplex patch kábelek cseréje MPO patch kábelekre (A típus), anya-anya (balra) és a B típusú anya-anya (jobbra). A meglévő X kábel csak két 40 G-s kapcsolatot szolgálhat ki. 11

12 S módszer vagy B módszer 15. ábra: Az MPO modul cseréje MPO adapter lemezre (B típus) és az LC Duplex patch kábelek cseréje MPO patch kábelekre (B típus), anya-anya (balra, jobbra). Összevetve ezt a konfigurációt a TIA-568.C szabvánnyal, azt vesszük észre, hogy az S és B módszerek párhuzamos optikai jelátvitel esetében azonosak. A meglévő X kábel ebben az esetben is két 40G-s kapcsolatot tud kiszolgálni A kapacitásbővítés 40G-ról 100G-ra Végül, az utolsó lépésként, 100G switcheket lehet telepíteni. Ez megköveteli a 24 szálas MPO kábelek használatát. A meglévő 12 szálas kapcsolat vagy bővíthető egy második 12 szálas kapcsolattal hozzáadásával vagy kiváltható egy 24 szálas kapcsolattal. A módszer 16. ábra: Kapacitás bővítés az MPO törzskábelre (apa-apa), egy második törzskábel hozzáadásával, a MPO adapter lemezek (A típus) változatlanok maradnak, az MPO patch kábeleket felváltják az Y kábelek. 17. ábra: Az MPO-24 megoldás - egy MPO-24 törzskábelt (A típusú, apa-apa), a MPO adapter lemezek (A típus) változatlanok maradnak. MPO-24 patch kábelek (A típus) anya-anya (balra) és a B típusú anya-anya (jobbra). Method S vagy B-módszer 18. ábra: Kapacitásbővítés az MPO törzs kábelre (apa-apa), egy második törzskábel hozzáadásával, az adapter lemezek (B típus) változatlanok maradnak, a patch kábeleket felváltják az Y kábelek. 12

13 3. Ez lesz a helyzet a 100GBASE-SR10 (10x 10G) alkalmazásokhoz. Ha azonban 100GBASE-SR4 (4x 25G) alkalmazások lesznek használva, akkor a történet a 3.2-es fejezet szerint alakul, mivel a kapcsolat 12 szálas MPO-kkal megvalósítható. 19. ábra: Az MPO-24 megoldás - egy MPO-24 törzskábel (B típus, apa-apa), az adapter lemezek (B típus) változatlanok maradnak. MPO-24 patch kábelek (B típus, anya-anya).. 13

14 4. Power budget A power budget (teljesítmény tervezés) döntő szerepet játszik a párhuzamos optikai összeköttetések hálózati tervezésben. Ha a megengedett budget-et túllépjük, akkor az adott sávszélességhez az átviteli link kisebb a szükségesnél vagy az adott kapcsolathoz a sávszélesség kisebb a szükségesnél. Az IEEE 802.3ae 300 m-ben határozza meg az OM3-as szálak maximális hosszát 10 GbE-hez (10GBASE-SR). Ahhoz, hogy ezt a hossz lehetséges legyen, a legfeljebb 2,6 db veszteség fogadható el a link-re, 1,5 db a csatlakozásokra. A lenti diagram az IEEE Link Model táblázat alapján mutatja az arányokat a teljes budget-ra: 20. ábra: Teljes teljesítmény költségvetés 10 GbE-re. Egy link teljes hossza -a tervezett költségvetés 2 db-es csatlakozás veszteséget megengedve- 280 m lehet. 40 GbE-re és 100 GbE-re az IEEE 802.3ba mindössze 100 m-t határoz meg OM3-as és 150m-t az OM4-es optikai szálakra. Az alábbi ábra mutatja, a power budget-ot a 10 GbE-tel összehasonlítva. 21. ábra: Teljes power budget 100 GbE-re, 10 GbE-tel összehasonlítva. Ez a kapcsolat -2 db-es csatlakozási veszteségeket-feltételezve- csak 55 m hosszú lehet. Ezért a csatlakozások maximum 1,5 db-es beiktatási veszteség értéke a kritikus tényező a megkívánt sávszélességek és link-ek biztosításához. 14

15 5. Összefoglalás Az adatközpontok tervezői és üzemeltetői új követelményekkel szembesülnek az MPO alkatrészek és párhuzamos optikai összeköttetések megjelenésével. Nekik kell gondosan tervezniük a kábelhosszakat, kiválasztaniuk a megfelelő MPO típusokat, szem előtt tartaniuk a polaritásokat az átviteli csatorna teljes hosszában és pontosan kiszámítaniuk a csillapítási költségvetést. Azonnali változtatások lehetetlenné vagy szinte lehetetlenné, a tervezési hibák nagyon költségessé válnak. Az átállást mindenképpen érdemes megvalósítani, különösen azért, mert középtávon a technológia ezt ki fogja kényszeríteni. Ezért van értelme, hogy időben lefektessük az alapokat és legalább a passzív komponenseket igazítsuk a közeljövő követelményeihez. Rövid szerelési idő, tesztelt és hitelesített minőség mindenegyes komponensre és megbízható működtetés és beruházások az elkövetkező évekre. Ez a három nagy előny, ami a kezdeti nagyobb erőfeszítést és költséget több mint indokolttá teszi. 15