Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные линии связи для цифровых систем передачи. Учебное пособие.pdf
поддерживают медные и оптические кабели, что делает их гибкими для
различных требований к интерфейсу (рисунок 2.23).
Рисунок 2.23 – DAC-кабель с коннекторами форм-фактора SFP+
2. SFP28 используются в сетевом и телекоммуникационном
оборудовании для высокоскоростной передачи данных со скоростью 25 Gb.
3. QSFP+ (Quad Small Form-factor Pluggable Plus): разъемы QSFP+
предназначены для приложений 40 GbE с более высокой пропускной
способностью, чем SFP+. Они могут передавать данные с более высокой
скоростью, поддерживая несколько каналов передачи данных, обычно
используемых в центрах обработки данных и высокопроизводительных
вычислительных средах.
4. QSFP28 Quad Small Form-factor Pluggable Plus): разъемы QSFP28
предназначены для приложений 100 GbE (рисунок 2.24).
Рисунок 2.24– DAC-кабель с коннекторами форм-фактора QSFP+
5. Mini-SAS (Serial Attached SCSI): разъемы Mini-SAS используются в
системах хранения данных, чтобы позволить серверам взаимодействовать с
внешними массивами хранения данных. Эти разъемы могут передавать данные
на высокой скорости, обеспечивая при этом компактность и надежность, что
делает их применимыми для корпоративных решений хранения данных в
плотных средах.
41
6. Разъемы CXP предназначены для приложений с высокой плотностью и
высокой пропускной способностью, где они могут достигать скорости передачи
данных до 100 Гбит/с. Обычно встречается в крупномасштабных
вычислительных средах и центрах обработки данных, где для успеха
необходимы эффективные масштабируемые сетевые решения.
Каждый из этих разъемов Twinax оптимизирован для обеспечения
максимальной производительности с учетом требований конкретной сетевой
среды. Для реализации эффективного подключения важно выбрать подходящий
разъем Twinax, исходя из желаемой скорости передачи данных, типа
приложения и сетевой архитектуры, а также других факторов.
Эти разъемы обеспечивают прочное соединение между твинаксиальными
кабелями и могут надежно удовлетворять потребности различных отраслей в
отношении быстрого обмена информацией.
Преимущества использования разъемов SFP и QSFP
Разъемы SFP и QSFP при использовании с твинаксиальным кабелем и
подключении непосредственно к оборудованию очень выгодны для
высокоскоростной передачи данных и сетевых сред.
1. Масштабируемость. Они обладают хорошей масштабируемостью,
поскольку их можно легко модернизировать с более низкой до более высокой
пропускной способности, что делает их подходящими для растущих сетевых
потребностей в центрах обработки данных или высокопроизводительных
вычислительных средах.
2. Интерфейс с возможностью «горячей» замены: оба типа разъемов
допускают «горячую» замену, поэтому пользователи могут заменять детали, не
выключая системы. Это сокращает время простоя и повышает эффективность
работы в областях, чувствительных к данным.
3. Высокая пропускная способность и скорость передачи данных. Эти SFP
имеют пропускную способность 10 Гбит/с, тогда как QSFPS может достигать
40 Гбит/с и более. Благодаря таким высоким скоростям можно быстро
передавать большие объемы информации, удовлетворяя тем самым
современные потребности в связи на высокой скорости.
4. Совместимость/гибкость. Еще одной уникальной особенностью
является способность работать с различными медными кабелями, будь то Cat6a
или оптоволоконные кабели. Это означает плавную интеграцию в любой тип
сети и упрощенное управление запасами, поскольку вам не нужны отдельные
инвентаризации в зависимости от типа кабеля, используемого в различных
точках вашей инфраструктуры.
5. Плотность и эффективность использования пространства. Эти разъемы
разработаны с учетом требований экономии места. QSFP имеют более высокую
плотность портов, чем другие типы, что может иметь решающее значение при
работе с ограниченным пространством в центрах обработки данных, где
каждый дюйм имеет значение для достижения максимального уровня
эффективности, необходимого для вычислительных устройств текущего
поколения.
42
Таким образом, SFP обеспечивают доступное решение, а QSFPS
Модуль
Англоязычное
Применение
Максимальная
до, Гбит/с
SFP+
Small Form fact
or Pluggable
используется для высокоскоростной
передачи данных
10
SFP28
Small Form fact
используются в сетевом и
высокоскоростной передачи данных
25
QSFP+
Quad Small
Pluggable Plus
для высокоскоростных приложений
40
QSFP28
Quad Small
Pluggable Plus
для высокоскоростных приложений
100
QSFP56
Quad Small
Pluggable Plus
для высокоскоростных приложений
200
QSFP-DD
Quad Small
Pluggable Plus
трансиверы двойной плотности для
400
SFF
Mini-SAS
Small Form
используются в системах хранения
24
Mini-
48,96
CXP
CoaXPress
предназначены для приложений с
пропускной способностью
300
предлагает более высокие скорости. Благодаря общим преимуществам оба
обеспечивают повышенную производительность в широких областях
применения.
Все вышеперечисленные модули представлены в таблице 2.7.
Таблица 2.7 – Разъемы и модули DAC кабелей
название
or Pluggable
Form-factor
Form-factor
Form-factor
Form-factor
телекоммуникационном
оборудовании для
высокоскоростных приложений
скорость передачи
Factor)
SAS-HD
данных, чтобы позволить серверам
взаимодействовать с внешними
массивами хранения данных
высокой плотностью и высокой
Кабельные сборки
Кабельные сборки представляют собой группы кабелей или проводов,
обернутых резиной, винилом или термопластиком, экструдированным под
давлением. Проще говоря, кабельная сборка используется для организации
множества кабелей в один пучок с целью упрощения монтажа и обслуживания.
Обычно он содержит различные типы разъемов и клемм для удовлетворения
конкретных потребностей применения, поэтому хорошее электрическое
соединение может быть достигнуто за счет хорошо спроектированной
кабельной сборки, подключаемой напрямую. Они находят свое применение в
различных отраслях, начиная от автомобильной промышленности и заканчивая
освоением космоса, но, что более важно, эти устройства значительно помогают
уменьшить беспорядок и путаницу в электрических системах.
43
Развертывание кабельных сборок Twinax в центрах обработки данных
имеет важное значение для максимизации эффективности и надежности
быстрых сетевых систем. Они предпочтительнее, поскольку имеют низкую
задержку и потребляют меньше энергии; следовательно, они идеально
подходят, среди прочего, для соединения систем хранения, серверов и
высокопроизводительных вычислительных кластеров. Они также
поддерживают высокочастотную скорость передачи данных с мощной защитой
от электромагнитных помех (EMI) и перекрестных помех, обеспечивая
стабильную передачу информации. Двойные оси лучше всего работают при
использовании в сетевых конфигурациях верхней стойки (ToR) или конца ряда
(EoR), где может потребоваться работа со многими близко расположенными
соединениями на более высоких скоростях. Более того, их гибкость
конструкции и простота установки упрощают кабельную инфраструктуру
внутри центра обработки данных, что приводит к улучшению управления
воздушным потоком и охлаждением в серверных стойках.
Возможны следующие комбинации сборок:
1. 10G: SFP+ – SFP+, SFP+ – XFP, XFP – XFP
Существует две разные высокоскоростных кабельные сборки: 1SFP +
пассивный высокоскоростной кабель с медным сердечником (DAC), 10G SFP +
высокоскоростной кабель с активным медным сердечником (ACC), они
подходят для подключения к сети Ethernet внутри стойки и между соседними
стойками, что позволяет значительно сэкономить затраты.
Данная кабельная сборка обладает характеристиками высокой плотности,
низкой мощности, низкой стоимости и низкой задержки (рисунок 2.25).
Рисунок 2.25 – 10G SFP + пассивный высокоскоростной кабель с медным
сердечником (DAC)
Пассивный медный кабель прямого подключения 10G SFP+ обеспечивает
интерфейс прямого электрического соединения между двумя концами
соответствующего кабеля, а расстояние передачи может достигать 12 м. Однако
из-за большого веса кабеля и с учетом целостности сигнала длина кабеля для
подключения обычно ограничивается диапазоном от 7 до 10 метров.
44
2. 10G: XFP В SFP + DAC
XFP to SFP+ DAC представляет собой двуосный медный кабель прямого
подключения с интерфейсом 10G XFP на одном конце и интерфейсом 10G
SFP+ на другом. Поскольку оптический модуль XFP не имеет стандартного
медного кабеля DAC, компенсация сигнала, передаваемого оборудованием,
низкая, а потери самого кабеля велики. Таким образом, он может передавать
данные только на короткое расстояние, как правило, в пределах 5 м, чтобы
обеспечить возможность передачи данных между интерфейсом 10G SFP+ и
портом 10G XFP.
3. 40G: QSFP + к QSFP + DAC
QSFP + к QSFP + DAC – это высокоскоростной медный кабель прямого
подключения, состоящий из двух трансивера 40G QSFP + и медная жила,
используемая для соединения между портами 40G QSFP + и 40G QSFP + с
расстоянием передачи менее 7 м.
Кабель прямого подключения 40G QSFP+ к QSFP+ обеспечивает
экономичный способ установления соединения 40G между внутренними
стойками и между стойками с помощью портов коммутации QSFP+, что
увеличивает межсетевое соединение Ethernet между восходящим каналом
уровня доступа и магистральным каналом до 40G / 100G. Благодаря высокой
скорости и низкой задержке он широко подключается к высокоскоростным
магистральным сетям, коммутации корпоративных сетей и сетевым
хранилищам.
4. 40G: QSFP + до 4 × SFP +
От 40G QSFP + до 4 × SFP + состоит из одного оптоволоконного
трансивера 40G QSFP +, медного сердечника и четырех оптоволоконных
трансиверов 10G SFP +. Один из его концов имеет 40G QSFP + порт,
соответствующий требованиям SFF-8436. На другом конце есть четыре порта
10G SFP+, соответствующие требованиям SFF-8432. Он соединяет
оборудование 40G и 10G (NIC/HBA/CAN, коммутатор и сервер) на расстоянии
до 7 м в соответствии с требованиями клиента к длине кабеля. В настоящее
время это лучший вариант для замены портов коммутатора экономичным и
простым способом.
5. 25G: SFP28 до SFP28
От 25 Гбит / с SFP28 до SFP28 DAC может предоставить клиентам
возможность подключения к сети Ethernet с высокой пропускной способностью
25G. Соответствуя стандарту IEEE p802.3by Ethernet и sff-8402 SFP28, он
широко используется в системах центров обработки данных или
супервычислительных центров.
6. 100G: QSFP28 до 4 × SFP28 DAC
Один конец кабельной сборки от 100G QSFP28 до 4×SFP28 имеет порт
100G QSFP28, а другой конец имеет четыре порта 25G SFP28. Соответствуя
стандартам SFF-8665/SFF-8679, IEEE 802.3bj и Infiniband EDR, он обеспечивает
соединение данных через полосу пропускания 100G и широко применяется для
системных сценариев в центрах обработки данных и центрах
высокопроизводительных вычислений.
45
7. 200G: QSFP56 до QSFP56
200G QSFP56 + медный твинаксиальный кабель Active Direct Attach
предназначен для использования в сети 200GBASE Ethernet. Они подходят для
очень коротких каналов и повышают эффективность сети для подключений к
серверам центров обработки данных и хранилищам. Этот кабель соответствует
стандарту IEEE 802.3cd по Ethernet и QSFP MSA. Кабель FiberMall 200G
QSFP56 DAC, используемый в Ethernet 200G, InfiniBand HDR, центрах
обработки данных и сетях хранения данных (рисунок 2.26).
Рисунок 2.26 – Кабельная сборка QSFP56– QSFP56
8. 400G: QSFP-DD до QSFP-DD
Пассивная медная кабельная сборка 400G QSFP-DD имеет восемь
дифференциальных медных пар, обеспечивая четыре канала передачи данных
со скоростью до 56 Гбит/с (PAM4) на канал и соответствует требованиям 400G
Ethernet и InfiniBand Enhanced Data Rate (EDR). Доступный в широком
диапазоне размеров проводов – от 28AWG до 30AWG, – этот медный кабель
400G отличается низкими вносимыми потерями и малыми перекрестными
помехами.
9. 400G: QSFP112–QSFP112 ACC
400G QSFP112 ACC – это активный медный кабель прямого подключения,
предназначенный для межстоечного или внутристоечного соединения в
центрах обработки данных. Он соответствует протоколу передачи Ethernet IEEE
802.3ck 400GBASE-CR4, а также совместим с протоколом передачи InfiniBand
NDR. QSFP112 – это экономичный способ повысить пропускную способность
сети внутри центра обработки данных, сохраняя при этом сетевую архитектуру
физически и логически неизменной от 200G до 400G.
10. 400G: NDR OSFP– OSFP
FiberMall, артикул OSFP-FLT-400G-PC1M, представляет собой кабель
прямого подключения OSFP-OSFP PAM4 28AWG, который позволяет
соединить две сетевые карты NVIDIA ConnectX-7 400G OSFP с ЦАП 400G
OSFP с плоским верхом. Он имеет максимальную скорость передачи данных
400 Гбит/с и разъем OSFP FLT-OSFP FLT.
Следует отметить, что кабели вида 4*xxG называются Direct Attach Copper
breakout кабель, название «гидра». Breakout кабель является своего рода
разветвителем, то есть высокоскоростной канал четырехпоточного xxG хост
46
коннектора делится на четыре равных низкоскоростных xx/4 G потока (рисунок
2.27).
Рисунок 2.27 – Direct Attach Copper breakout кабель
Вопросы для самоконтроля по главе 2
1. Дайте определение симметричной кабельной цепи.
2. Какие явления возникают в проводниках при передаче по ним
переменного тока?
3. Поясните первичные параметры передачи электрических линий связи.
4. Поясните вторичные параметры передачи электрических линий связи.
5. Дайте определение проводимости изоляционного материала проводника
кабельной цепи.
6. Поясните зависимости первичных параметров передачи от частоты.
7. Поясните зависимости первичных параметров передачи от расстояния
между центрами проводников.
8. Поясните зависимости первичных параметров передачи от диаметра
проводника.
9. Причины возникновения потерь в проводниках и их виды.
10. Согласованный и несогласованный режимы передачи.
11. Дайте определение бегущей и стоячей волн.
12. Что в цепях связи характеризуется электромагнитной совместимостью?
13. Эквивалентная схема электрической связи между цепями.
14. Эквивалентная схема магнитной связи между цепями.
15. Какие параметры относятся ко вторичным параметрам влияния? Дайте
их определения.
16. Что происходит со взаимными влияниями при увеличении частоты в
симметричных кабелях? В коаксиальных кабелях?
17. Конструктивные особенности кабеля витая пара.
18. Разновидности и категории кабеля типа витая пара.
19. Особенности и применение твинаксиального кабеля.
20. Какие кабельные сборки Twinax вы знаете?
21. Преимущества использования разъемов SFP и QSFP.
47
3 Оптические световоды
3.1 Анализ распространения ЭЛМ энергии при квазиоптическом
режиме
Выше рассматривались уравнения Максвелла в дифференциальном виде
для квазиоптического режима. Данные уравнения учитывали анализ
распространения информационного сигнала с помощью световой волны в
светопропускающем материале. Передача световой волны осуществляется
при наличии границы раздела между диэлектрическими средами с
различными диэлектрическими проницаемостями. Передача световой волны
для переноса информационного сигнала осуществляется в оптическом
диапазоне длин волн. В качестве светопропускающего материала в
настоящее время используется кварцевое стекло, а именно диоксид кремния
SiO
, поэтому взаимодействие световой волны и светопропускающего
2
материала ограничило используемый диапазон от 850 нм до 1600 нм,
соседний с видимым излучением. Используемый оптический диапазон
приведен на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 – Диапазон электромагнитных волн
Выбор кварцевого стекла для передачи световой волны обусловлен
наличием параметров, приведенных на рисунке 3.2 [3].
Рисунок 3.2 – Характеристики кварцевого стекла
48
Одним из основных достоинств, согласно рисунку 39, является вязкость
стекла. На рисунке 3.3 представлен график зависимости вязкости кварцевого
стекла то температуры [3].
Рисунок 3.3 – Зависимость вязкости кварцевого стекла от температуры
Применение высоких температур позволяет осуществлять высокую
очистку стекла от примесей. К основным параметрам кварцевого стекла
3
относятся: плотность стекла ρ=2,2 грамм/см
2
упругость) Е=72900Н/мм
, коэффициент линейного расширения К=5,5·10-7.
, модуль Юнга (продольная
Формирование двухслойного световода осуществляется в два этапа:
формирование заготовки и последующая вытяжка из заготовки кварцевого
стекла. Изготовление заготовки осуществляется в настоящее время методом
плазменного парофазного осаждения (PCVD), позволяющего сформировать
наилучшие геометрические и оптические параметры: формирование различных
высокоточных профилей показателя преломления в светопропускающей среде,
прецизионных геометрических параметров. С помощью данного метода
формируется два слоя стекла: оболочка и сердцевина с разными
диэлектрическими проницаемостями. В теории оптики вводится параметр
показателя преломления, который для светопропускающего материала равен
корню квадратному из диэлектрической проницаемости стекла. Вытяжка
двухслойного световода сопровождается нанесением первичного защитного
покрытия из лакокрасочных материалов и контролем диаметров оболочки
световода и диаметра первичного защитного покрытия. Непосредственно после
вытяжки световод наматывается на катушку и осуществляются испытания
световода разрушающими методами, позволяющими отбраковать
некачественные световоды. Световоды, прошедшие испытания, повторно
наматываются на катушку. Длительность эксплуатации световода связана с
наличием трещин в кварцевом стекле и скоростью роста трещин. Расчет срока
жизни световода, в течение которого информационный сигнал передается с
минимальными ошибками, оценивается с учетом вероятностных параметров, а
именно с учетом закона Вейбулла. Практический расчет срока службы
определяется формулами (3.1), (3.2).
49
V
эотн
потн
l
l
AT
⋅=
)(
)(
m
V
Тест
тест
Q
NL
tА
1
)1ln(
1
1
+
−⋅
⋅
−⋅=
, (3.1)
где lотн(n) – относительное удлинение световода при перемотке;
lотн(э) – относительное удлинение световода при эксплуатации;
А – коэффициент, учитывающий вероятностный закон срока жизни
световода;
V – скорость роста трещин.
, (3.2)
где t
L – длина световода;
N
Q – функция плотности вероятности по закону Вейбулла;
m – статистический параметр закона Вейбулла (чем выше величина, тем
более точно определяется срок эксплуатации световода).
относительным растяжением в процессе эксплуатации. Ниже (рисунок 3.4)
представлена зависимость срока жизни световода от отношения величин
растягивания световода в процессе эксплуатации и перемотки [3].
тест
Согласно формуле (3.1) срок жизни световода определяется
– время тестирования световода после вытяжки из заготовки;
тест
– количество обрывов световода при тестировании;
Рисунок 3.4 – Время жизни световода
Как было выше сказано, для создания условий передачи световой волны по
светопропускающему материалу необходимо сформировать двухслойный
световод. Выделяют слой оболочки и слой сердцевины световода. Каждый слой
50