Приступая к работе в ЦОД, можно легко запутаться в различных типах кабелей, которые используются для соединения и подключения сетевых устройств и серверов. Некоторые из них распространены и в повседневной жизни, а потому хорошо узнаваемы – Ethernet-кабели (с коннекторами RJ-45) и кабели питания (например, с распространенными вилками C13). Но другие, такие как оптические кабели с коннекторами стандарта SFP, LC, SC, силовые с вилкой типа IEC-309 и т. д., известны не так широко.
Если вы проводите какие-либо работы непосредственно в стойке, любая ошибка может стоить дорого – нажата не та кнопка, и клиенты уже в дауне, а любимые и глубоко уважаемые специалисты техподдержки шлют вам тикеты счастья. Даже Uptime Institute в своем исследовании 2021 года отмечает, что в 79% случаев причиной падения серверов в ЦОДах является человеческий фактор. Всё надо делать вовремя – и нажимать кнопки, и менять комплектующие, и переключать кабели…
Так вот о кабелях. Чтобы начать с ними работать, было бы неплохо хотя бы знать, как они выглядят и какие функции выполняют.
Этот материал как раз об этом.
В первую очередь, он будет полезен в роли шпаргалки сотрудникам-стажерам, только начинающим работу с аппаратной частью ИТ-инфраструктуры.
0. Коннектор и кабель
Для начала сразу разберемся, что такое кабель, коннектор и какую роль они выполняют во всей СКС дата-центра.
Кабель и коннектор — это две разные вещи, но они используются вместе для подключения питания устройства или передачи данных от одного устройства к другому.
Коннектор (англ. connector) — это соединительный элемент, который позволяет устанавливать связь между различными устройствами или компонентами. Он состоит из гнезда и штекера, которые вставляются друг в друга, образуя соединение. В случае электрических коннекторов общеприняты термины «розетка» и «вилка» .
Кабель — это провод для передачи данных или электрической энергии.
Можно сказать, что коннектор является интерфейсом между кабелем и устройством, к которому кабель подключается.
Очень часто для идентификации вида кабеля используется, в первую очередь, вид коннектора. Это происходит, потому что коннекторы имеют уникальную форму или размер, что позволяет определить, какой кабель подходит для соответствующего устройства или порта. Кабель нельзя полностью идентифицировать только по коннектору, потому что несколько разных типов кабелей могут использовать одинаковый тип коннектора. Кроме того, некоторые кабели могут иметь более сложные конструкции, которые не могут быть идентифицированы только по коннектору, такие как кабели со встроенными конвертерами сигнала или кабели с дополнительным экранированием для защиты от помех. Тем не менее, в большинстве случаев определять вид кабеля в первую очередь по разъему оправдано.
1. Силовые кабели
Силовые кабели служат, очевидно, для передачи питания от электрического ввода ЦОДа к PDU (power distribution unit, они же серверные розетки), а от PDU – к устройствам в серверных стойках. Проблемы с электропитанием часто появляются из-за неправильной эксплуатации силовых проводов: изначально неправильного подбора кабеля или ошибок в подключении.
При выборе силового кабеля необходимо учитывать несколько важных факторов, таких как:
Мощность оборудования, которое будет питаться от кабеля. Сечение силового кабеля должно соответствовать максимальной мощности оборудования.
Длина кабеля. Чем больше расстояние между источником питания и потребителем, тем больше должно быть сечение кабеля, чтобы минимизировать потери напряжения.
Тип контактов. Необходимо убедиться, что кабель имеет подходящий тип разъемов, чтобы обеспечить надежный контакт.
Рассмотрим несколько наиболее распространенных в индустрии ЦОД силовых коннекторов.
Коннектор IEC-309, он же «груша»
Кабели с коннекторами этого типа обычно используются в дата-центрах для запитывания серверных розеток от сети ЦОДа. Как правило, розетки IEC-309 устанавливаются в стойках или распределительных панелях, а также на стене или полу дата-центра.
Обратите внимание, что вилки «груши» могут отличаться между собой количеством контактов. Это зависит от типа соединения, например, однофазного или трехфазного подключения. Редко когда приходится покупать непосредственно провод с такими вилками, обычно достаточно силовых проводов самих блоков серверных розеток. Тем не менее, в любом случае следует всегда уточнять информацию в спецификациях оборудования, чтобы гарантировать совместимость.
В монтаже таких кабелей не требуется особых действий. Нужно лишь не перекручивать провод и доводить вилку при подключении «до щелчка».
Коннекторы C13, C14, С19 и С20
Провода C13-C14, пожалуй, самые широко распространеные силовые кабели в дата-центрах. Их используют для подключения серверов к PDU, разъем C13 – к серверу, C14 к блоку розеток.
В силу распространенности кабеля разъемы такого формата имеются на самом разном оборудовании, в том числе обладающем блоками питания большой мощности. При подключении кабелей питания малого сечения к серверам большой мощности следует быть особенно осторожным, чтобы избежать перегрева и возгорания кабеля. Лучше сделать выбор в пользу кабеля с большим сечением. Самое распространенное сечение такого кабеля 0,75 мм^2 , но в дата-центре лучше использовать кабели с сечением минимум 1 мм^2, а для мощных блоков питания – с сечением 1,5 мм. Кроме того, следует обращать внимание на ограничение самих разъемов по максимальной силе тока – оно составляет 10А.
Провода с разъемами С19-С20 используются в основном с устройствами, требующими повышенную силу тока. Сам разъем рассчитан на 16А. В основном, это устройства АВР. Ещё на работу с такими кабелями рассчитаны многие устройства компании Cisco.
Нередки случаи, когда провода с разъемами С13, С14, С19 и С20 в гнездо розетки встают недостаточно плотно. Если кабель питания воткнут не до конца, то получившееся соединение будет обладать высоким сопротивлением, провоцирующим нагрев. Сложности добавляет тот факт, что в условиях ЦОДа невозможно определить данную проблему «на слух», как в бытовых условиях – по треску электричества. Нагревающийся провод может повлечь за собой срабатывание стоечного автомата, задымление или возгорание. Всегда проверяйте плотность контакта!
Schuko, он же «обычная вилка», он же «евровилка»
SCHUKO (Шуко) — это стандартный тип электрического розеточного коннектора, который широко используется в Европе. Коннектор SCHUKO имеет 2 контакта и предоставляет возможность для подключения к электрической сети широкого спектра устройств. Провода с использованием такого типа коннектора достаточно широко применяются в дата-центрах для подключения конечного оборудования (серверов, коммутаторов и т. д.) к серверным розеткам соответствующего типа.
Коннектор рассчитан на 16А. Распространены кабели питания как вида C19 — Schuko (выше на фото), так и С13 — Schuko.
В заключение можно добавить две вещи.
Необходимо знать типы разъемов и кабелей, используемых в вашей инфраструктуре. Парадоксально, но довольно часто бывают случаи недопонимания с поставщиками, когда сотрудник ошибается в необходимом типе кабелей, в результате чего в поставке приходит гора совершенно бесполезных в работе проводов.
Второе – следует использовать оптимальные по толщине кабели от зарекомендовавших себя производителей. Избегайте использовать слишком тонкие силовые кабели, как по сечению, так и по толщине оплетки. Да, толстые электрические провода всегда стоят дороже, но здесь лучше переплатить за качество и в результате избежать нагрева и возгораний.
2. Медные кабели передачи данных
Медные кабели широко используются для передачи данных внутри ЦОДа. Они надежны и дешевы. Однако их эффективность может быть снижена при больших расстояниях, и они не всегда могут обеспечить нужную пропускную способность. Сленговое название кабеля для передачи данных (медных и не только) – патч-корд.
Витая пара (кабель RJ-45)
Витая пара — первое, что приходит на ум, когда речь заходит о медных проводах в сетевой инфраструктуре. Это кабель, состоящий из четырех или двух пар медных проводников, которые скручены вместе для того, чтобы уменьшить воздействие электромагнитных помех и снизить потери сигнала.
По стандарту ISO/IEC 11801 выделяется 8 категорий витой пары, для передачи информации в ЦОДах в основном используются кабели категории 5е и выше. Главное различие между категориями – в скорости передачи данных: чем выше категория, тем выше скорость.
5е (2 пары) | 100 Мбит/с |
5e (4 пары) | 1 Гбит/с |
6 | 10 Гбит/с (до 55 метров) |
6a | 10 Гбит/с (до 100 метров) |
7 | 10 Гбит/с |
7a | 40-100 Гбит/с |
Вторая важная характеристика витой пары – экранирование. Разные типы экранирования применяются для защиты передающихся по кабелю электромагнитных сигналов. Экранирование бывает:
U — unshielded, без экрана,
F — foil, фольга,
S — screening, оплётка из проволоки.
Это буквенные обозначения, из которых складываются следующие коды для опознавания конкретного кабеля:
U/UTP | Витая пара (TP, Twisted Pair) без экранирования |
F/UTP | Один общий слой фольги вокруг проводов |
U/FTP | Отдельный слой фольги для каждой пары |
F/FTP | Один общий слой фольги и по одному для каждой пары проводов |
S/UTP | Один общий слой оплетки |
S/FTP | Один общий слой оплетки, слои фольги вокруг каждой пары |
SF/FTP | Два общих защитных слоя: оплетка и фольга, слой фольги вокруг каждой пары |
SF/UTP | Два общих защитных слоя: оплетка и фольга |
Есть и другие характеристики кабеля витой пары.
Материал. Медь или алюминий, лучше всегда стремиться к использованию меди, как к материалу с лучшими проводящими свойствами. Если производитель использует условные обозначения для маркировки своих кабелей, то на кабеле из меди будет указана аббревиатура CU или BC.
Количество жил. Здесь существуют два обозначения: Solid – одна жила, Stranded – несколько тонких жил. Я могу рекомендовать всегда делать выбор в пользу одножильного кабеля, как более долговечного.
Диаметр жилы. Категория 5е должна иметь диаметр не менее 0,51 мм или 24 AWG по американской классификации. Чем выше категория, тем толще жила.
Используя эти обозначения, можно всегда определить характеристики того или иного кабеля по маркировке, которую производитель указывает на внешней оболочке.
Кабели витой пары используются с коннектором единого типа – RJ-45. Правда, правильно он называется 8P8C, но так никто никогда не говорит. Обозначение RJ-45 просто прижилось для обозначения всех 8P8C коннекторов. Эти коннекторы также подразделяются на категории, и для витой пары конкретной категории нужно использовать коннектор такой же категории.
Стоит быть внимательным при заказе кабеля и обращать внимание на количество жил. Как приводится в таблице выше, кабель категории 5е с четырьмя жилами дает пропускную способность не выше 100 Мбит/с. Однажды нам с коллегами по ошибке заказали две бухты четырехжильного 5е кабеля, хотя мы повсеместно используем восьмижильные кабели для гигабитного соединения. Так и стоят без дела.
Даже если в ЦОДе преимущественно используются готовые покупные патч-корды, рано или поздно придется выполнять самостоятельный обжим витой пары. Поэтому инженеру дата-центра знать схему обжима необходимо. Всего их две:
Прямая
На обоих концах кабеля контакты обжимаются одинаково. Данная схема обжима используется почти повсеместно.
Кроссовер
Концы кабеля обжимаются с разным расположением контактов (см. картинку). Схема была распространена раньше для соединения устройств одного типа (компьютер-компьютер и т. д.). Сейчас практически не используется из-за повсеместного распространения автоматического перекрещивания пинов MDI(X).
Обжим витой пары производится специальным инструментом – кримпером. Для проверки правильности обжима используют инструмент, который называется тестер.
DAC-кабель (Direct Attach Copper)
Медные кабели для организации связи между устройствами с полосой пропускания до 40 Гбит/с. Могут быть оконечены модулями SFP+, QSFP или некоторыми другими. DAC-кабели выступают дешевой альтернативой оптике на коротких расстояниях, за сравнительно малую стоимость провода, обеспечивая такую же скорость передачи данных.
Возможны разные вариации коннекторов на кабелях DAC. Более всего распространены варианты QSFP+ - QSFP+ с полосой пропускания 40 Гбит, SFP+ - SFP+ на 10 Гбит и QSFP+ - 4xSFP+ (40 Гбит - 4х10 Гбит). Последний вариант иногда обозначается как DACbo (break out, или «гидра», или «плетка»).
Делятся на активные (Active/ACC) максимальной длиной до 12 метров и пассивные (Passive/PCC) до 3 метров. Активные DAC-кабели отличаются от пассивных наличием дополнительной электроники в коннекторах, которая усиливает сигнал.
DAC-кабели обычно используются для соединения сетевого оборудования в пределах стойки, а также для серверов с производительными сетевыми картами на 10 и 40 Гбит.
При прокладке кабелей DAC, особенно на 40 гигабит, надо иметь в виду, что из-за большого диаметра медной жилы эти кабели плохо поддаются сильному изгибу.
3. Оптика
Оптические кабели в дата-центрах широко используются для передачи данных между серверами, сетевыми коммутаторами и другими устройствами. Такие кабели используют световые сигналы для передачи данных на большие расстояния с высокой скоростью и высокой пропускной способностью. Они состоят из стекла или пластика – сначала материал вытягивают до нужного диаметра, а затем покрывают защитной оболочкой.
Оптические кабели обладают рядом преимуществ перед медными кабелями: меньше потеря сигнала на длинных расстояниях, меньше габариты и выше уровень безопасности в случае пожара. Вместе с тем, использование оптики выходит дороже, чем использование меди, и требует большей аккуратности – повредить оптоволоконный кабель гораздо легче даже при простом перегибе.
Использующиеся в дата-центрах кабели по типу оптоволокна можно разделить на одномодовые (Single Mode Fiber, SMF) и многомодовые (Multi-Mode Fiber, MMF). Мода в оптоволокне – это отдельный луч света, проходящий по нему. Многомодовое оптоволокно имеет более широкий диаметр ядра, что позволяет использовать множество различных световых мод для передачи данных.
Существует несколько типов многомодового волокна, различающихся по диаметру сердцевины, из-за которого у них различается дальность передачи и пропускная способность.
OM1 - имеет диаметр сердцевины 62,5 мкм и позволяет передачу на расстояние до 300 м с пропускной способностью 1 Гбит/с. Этот тип волокна уже устарел и сейчас его заменяет OM2.
OM2 - имеет более узкий диаметр сердцевины 50 мкм и позволяет передавать на расстоянии до 550 м на скорости 1 Гбит/с.
OM3 - также имеет диаметр сердцевины в 50 мкм, однако имеет дополнительную характеристику - затухание на более высоких частотах световой волны. Это позволяет передавать на расстоянии до 300 м на скорости до 10 Гбит/с.
OM4 - имеет те же характеристики, что и OM3, но позволяет передачу на бóльшее расстояние (до 550 м).
OM5 - имеет диаметр сердцевины 50 мкм и предназначен для работы на более высоких частотах (от 850 до 950 нм). Это позволяет передачу на расстояние до 400 м на скорости до 100 Гбит/с
Одномодовое оптоволокно имеет более узкий диаметр ядра, что позволяет использовать только одну световую моду для передачи данных.
Одномодовые кабели созданы для пересылки высокоскоростных цифровых сигналов на большие расстояния, а многомодовые кабели применяются для передачи сигналов на короткие расстояния.
Также кабели можно разделить на симплексные (Simplex) и дуплексные (Duplex). Симплексный кабель имеет одно оптическое волокно, а дуплексный кабель содержит два оптических волокна, которые обычно заключены в одной общей оболочке. Дуплексный кабель используется для передачи данных в обоих направлениях, а симплексный кабель — только в одном направлении.
Оптическое волокно кабеля вклеивается в ферулу – вставку для укрепления конца оптоволоконного кабеля.
Оптоволоконные кабели применяются с различными типами коннекторов. Вот наиболее распространенные в ЦОД типы:
LC
LC, пожалуй, наиболее часто встречающийся тип коннектора в современных инфраструктурах. Он имеет конструкцию с защелкой, что упрощает эксплуатацию. Используется как с одномодом, так и с многомодом.
К одному коннектору LC может приходить только одно оптическое волокно, т. е. кабель с коннектором LC образовывает только симплексное соединение.
Для организации дуплексного соединения через оптический патчкорд LC-LC используют два LC-LC кабеля, чтобы передавать информацию в двух направлениях.
Важное замечание. Обратите внимание, что в названии кабеля на картинке выше присутствуют аббревиатуры APC. Это обозначение типа полировки оптических коннекторов, наиболее популярны два типа: APC (Angled Physical Contact) и UPC (Ultra Physical Contact). Полировка важна для высокой точности соединения волокон и минимизации потерь сигнала.
Коннекторы с полировкой APC более производительны, и используются в более требовательных условиях.
Нельзя подключать коннекторы с полировкой UPC в разъемы APC, и наоборот. В этом случае есть риск повреждения коннектора. Отличить тип полировки можно по цвету коннектора: APC -- зеленый цвет, UPC -- синий.
SC
SC-коннекторы обеспечивают высокую износостойкость, что позволяет избежать повреждений при периодическом подключении и отключении кабелей. В настоящий момент постепенно вытесняется коннекторами LC. Также как и LC, в одном коннекторе SC находится только одно волокно, а для организации дуплекса используют два кабеля.
MTP (Multi-fiber Termination Push-on) /MPO (Multi-fiber Push On)
MTP/MPO можно считать новым подходом в кабелестроении к организации оптических подключений к оборудованию. Если переход от разъемов SC к LC диктовался трендом на миниатюризацию для экономии места и размещению подключений с высокой плотностью (а разъем LC вполовину меньше, чем SC), то MTP/MPO кабели увеличивают число подключений путем использования нескольких волокон в одном соединении. Один MTP/MPO разъем может содержать до 12 или даже 24 волокон, что позволяет значительно сократить количество кабелей, необходимых для передачи данных и также увеличить плотность подключений.
Строго говоря, MTP это модификация MPO, более надежная и удобная в использовании.
Коннектор MTP имеет съемный корпус, что позволяет легко менять штекерные и гнездовые разъемы. Он также имеет металлический зажим с овальной пружиной, обеспечивающий надежное крепление к оптическому кабелю и снижающий риск его повреждения при изгибе. Плавающее крепление наконечника предотвращает смещение и деформацию соединителей при снятии. Кроме того, торцевой центрирующий штифт имеет закругленную форму, что снижает вероятность повреждения при установке.
Заключение
Мы рассмотрели основные типы кабелей и использующихся с ними коннекторов, встречающихся в центрах обработки данных. Кабели и коннекторы, используемые в ЦОД, являются важными элементами инфраструктуры и обеспечивают надежную связь между оборудованием. Они выступают в роли «артерий» и «вен» для данных, обеспечивая высокую скорость передачи и минимальные задержки. В целом, правильный выбор и эксплуатация этих элементов СКС является необходимой составляющей в эффективном функционировании дата-центра.
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
— 15% на все тарифы VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.