Behoefte aan low-loss connectiviteit groeit snel

Op dit moment besteden veel datacenter managers veel aandacht aan insertion loss. Met name in grote gevirtualiseerde serveromgevingen met 40- en 100GbE-backbone switch-to-switch implementaties voor langere afstanden ten behoeve van netwerken en Storage Area Networks. In feite moet al in de vroege ontwerpfasen van een datacenter rekening worden gehouden met loss budgets. Het is van wezenlijk belang om binnen loss budget te blijven, omdat alleen dan optische datasignalen goed van de ene naar de andere switch kunnen worden verzonden zonder hoge BER-waarden (Bit Error Rate) en prestatieverlies.

Een van de belangrijkste factoren waardoor insertion loss een bron van toenemende zorg is, is de migratie van transmissiesnelheden. We gaan bij ethernet-based netwerken naar 10, 40 en 100 Gb/s en van 8 Gb/s naar 16 Gb/s en naar 32 Gb/s voor SAN's op basis van Fibre Channel. Naarmate de bandbreedte en de snelheden toenemen, worden de vereisten ten aanzien van insertion loss strikter dan ooit. Aangezien lengte, type glasvezelkabel, aantal connectoren en koppelingen allemaal bijdragen aan het verbindingsverlies, staan datacenter managers voor de uitdaging om elk verbindingspunt en -segment in hun glasvezelverbindingen bewust te plannen.

Architectuur van invloed op verlies

Traditionele drielaags laag 3-switcharchitecturen komen veel voor in het datacenter en met meerdere switch-lagen en glasvezel-backbonesnelheden van 10 Gb/s zijn de afstand en datasnelheden tussen switches voor de meeste datacenters nog altijd toereikend om twee of meer connectoren te behouden zonder de insertion loss van glasvezelverbindingen te overschrijden. Traditionele drielaags architecturen zijn echter niet langer ideaal voor grote gevirtualiseerde datacenters.

Veel datacenters gaan over op zogeheten 'switch fabric' architecturen die gebruikmaken van slechts twee lagen switches met minder switch-to-switch etappes. Switch fabrics zorgen voor lagere latency en meer bandbreedte tussen twee willekeurige punten. De reden daarvoor is dat ze profiteren van overdrachten zonder vertraging in de backplanes (poort tot poort) van switches. Dit in tegenstelling tot uplinks van een switch van een lager niveau naar een switch van hoger niveau.

Zogeheten ‘fat-tree switch fabrics’, ook wel ‘spine-leaf’ achitecturen geheten, behoren tot de meest voorkomende switch fabrics die in het huidige gevirtualiseerde datacenter worden gebruikt. De fat-tree architectuur bestaat uit verbindings-switches (spine ofwel ruggengraat) die in het MDA (main distribution area) zijn geplaatst en toegangs-switches (leaf ofwel blad) die in het HDA (horizontal distribution area) of EDA (equipment distribution area) zijn geplaatst en die elk verbinding maken (uplink) met elke verbindings-switch in een mesh-topologie, doorgaans via glasvezel.

Terwijl de platte flat-tree architectuur gebruikmaakt van het bereik van gestandaardiseerde glasvezelbekabeling om grote aantallen actieve verbindingen tussen minder switches tot stand te brengen, resulteren deze nieuwe datacenterontwerpen vaak in langere afstanden tussen interconnection en access switches.

Om flexibiliteit en beheerbaarheid te behouden, implementaties en upgrades te vergemakkelijken en de toegang tot cruciale switches te beperken, willen veel datacenter managers meerdere gekoppelde paren inzetten die distributiepunten of handige glasvezelpatching-gebieden (cross connects) ondersteunen.

Handige patching-gebieden voorzien in het gebruik van glasvezel-panelen die sporten van interconnection switches spiegelen en via permanente, of vaste, verbindingen verbinding maken met glasvezel panelen die toegangsswitchpoorten spiegelen. Deze panelen kunnen in afzonderlijke kabinetten worden geplaatst, zodat de switches altijd beschermd en beveiligd zijn. Dankzij deze panelen kunnen verplaatsingen, toevoegingen en wijzigingen (MAC's) gemakkelijker worden uitgevoerd doordat een any-to-all configuratie wordt gecreëerd waar elke switch-poort kan worden verbonden met een andere switch-poort door jumper-verbindingen in het patching-gebied simpel te verplaatsen.

Het gebruik van cross connects tussen verbindings- en/of toegangsswitches is ideaal voor grotere datacenters of wanneer glasvezel naar meerdere functionele gebieden of zones wordt gedistribueerd. Bovendien wordt het hierdoor mogelijk om permanente bekabeling met veel glasvezels uit het MDA te gebruiken in het HDA. Zo kan de backbone-bekabeling voor verschillende doeleinden (netwerken of SAN) worden gebruikt zonder dat diverse MAC's hoeven te worden uitgevoerd. Tevens wordt het eenvoudiger om nieuwe toegangs-switches en apparatuur aan het datacenter toe te voegen.

Door het gebruik van deze waardevolle cross connects worden extra verbindingspunten in een Fibre Channel toegevoegd, met de daaruit voortvloeiende verliezen. Als gevolg hiervan lopen datacenter managers door invoegverlieswaarden van standard-loss MPO/MTP meer risico dat ze hun loss budgets van glasvezelverbindingen overschrijden. Hierdoor is het gebruik van cross connects vaak niet mogelijk en moet nog steeds worden gewerkt met lange glasvezellengten die de flexibiliteit aanzienlijk beperken en MAC's en upgrades compliceren.

Connectiviteit voor minder verlies

MPO- (multi-fibre push-on) of MTP-connectoren (mechanical transfer push-on) zijn hard op weg om de norm te worden voor switch-to-switch verbindingen. Dat heeft net name te maken met voordelen als het feit dat deze veelal voorgemonteerd zijn. Bovendien zijn MPO en MTP eenvoudig schaalbaar met snelheden van 10 tot 40 en 100 Gb/s. Helaas is het door het gebruikelijke insertion loss van MPO/MTP-modules vaak niet mogelijk om meer dan twee gekoppelde verbindingen in een glasvezelkanaal te gebruiken. Dit brengt aanzienlijke beperkingen met zich mee voor de ontwerpflexibiliteit en het datacenterbeheer. Een beter alternatief wordt gevormd door low-loss in plaats van standard-loss MPO/MTP-connectoren. Ze bieden betere ondersteuning van meerdere gekoppelde verbindingen en zorgen zo voor flexibiliteit bij uiteenlopende afstanden en configuraties, terwijl ze binnen het verliesbudget blijven.

Low-loss MTP-connectoren kunnen het verlies verlagen tot 0,20 dB en low-loss LC- en SC-connectoren tot 0,15 dB (doorgaans 0,1 dB). Voor 10 GbE bieden low-loss LC-glasvezeljumpers een verlies van 0,15 dB (doorgaans 0,1 dB) en low-loss plug-and-play 'MTP-to-LC'- of 'MTP-to-SC'-modules geven een verlies van 0,35 dB (doorgaans 0,25 dB). Voor 40 en 100 GbE geven low-loss 'MTP to MTP pass-through'-adapterplaten en MTP-glasvezeljumpers een verlies van 0,2 dB.

Dankzij deze lagere verlieswaarden kunnen datacenter managers meer verbindingspunten in de Fibre Channel implementeren, waardoor distributiepunten of cross connects kunnen worden gebruikt die veel meer configuratiemogelijkheden bieden.

Zoals is te zien in tabel 1 kunnen dankzij het gebruik van low-loss connectiviteit vier MTP to LC-modules worden toegepast in een OM3- of OM4-kanaal van 10 GbE, terwijl dit er bij gebruik van standard-loss connectiviteit maar twee zijn. Low-loss connectiviteit maakt acht MTP to MTP-verbindingen mogelijk in een honderd meter lang 40/100GbE-kanaal via OM3, tegenover maar vier verbindingen met standard-loss, en vijf verbindingen in een 150 meter lang 40/100GbE-kanaal via OM4-glasvezel, vergeleken met maar twee verbindingen met standard-loss.

Het gebruik van cross connects tussen verbindings- en toegangsswitches vereist minimaal vier verbindingen, afhankelijk van de configuratie. Daarom zijn cross connects in een lang optisch kanaal eenvoudig niet haalbaar zonder low-loss connectiviteit.

Low-loss connectiviteit maakt niet alleen meer verbindingen mogelijk in 10-, 40- en 100-GbE-kanalen, maar biedt dezelfde voordelen ook voor Fibre Channel in SAN's. Zo kunnen bij een 150 meter lange acht GFC-implementatie (Gb/s Fibre Channel) vier low-loss MTP to LC-modules worden gebruikt, terwijl er maar twee modules mogelijk zijn wanneer standard-loss componenten worden gebruikt. Dankzij het gebruik van low-loss connectiviteit bij de implementatie van cross connects wordt het daarom eenvoudig om serververbindingen van een uplink-poort te veranderen in een SAN-poort en omgekeerd. U hoeft alleen maar een jumper te veranderen bij de cross connect.

Samenvatting

Met de huidige platte switch-architecturen en kleiner wordende insertion loss maakt low-loss glasvezelconnectiviteit meer verbindingspunten mogelijk in zowel ethernet- als Fibre Channel applicaties in het datacenter.

Met loss budgets waarmee tijdens de vroege ontwerpfasen van elk datacenter zorgvuldig rekening moet worden gehouden, kunnen datacentermanagers low-loss glasvezelconnectiviteit gebruiken om meer verbindingen in 10-, 40- en 100GbE-applicaties of in 8-, 16- en 32-GFC-SAN-applicaties te ondersteunen. Low-loss connectiviteit kan tegemoetkomen aan verliesbudgetten en flexibiliteit bieden bij uiteenlopende afstanden ten behoeve van toekomstbestendige configuraties.

Carrie Higbie is Global Director of Data Center Solutions and Services bij Siemon