Приветствую, коллеги! Это опять @ProstoKirReal. В прошлых статьях я с вами обсуждал работу и историю развития SFP-модулей, а также оптические кабели:
В данной статье я бы хотел обсудить вместе с вами альтернативы SFP-модулям и рассказать о пассивных компонентах.
❯ Зачем нужна эта статья?
Данная статья нам нужна для того, чтобы разобраться в базовых понятиях и разобрать:
что такое DAC (Direct Attach Copper) кабели;
что такое AOC (Active Optical Cable) кабели;
сравнение с классическими SFP-модулями;
что такое пигтейлы;
что такое оптические кроссы;
что такое патч-панели;
что такое аттенюаторы.
❯ Зачем вообще нужны альтернативы SFP-модулям?
Классическая схема подключения выглядит так:
Коммутатор → SFP-модуль → патчкорд → SFP-модуль → сетевое устройство.
Эта схема универсальна, она достаточно гибкая и масштабируемая. Но у неё есть и минусы:
высокая стоимость модулей;
чувствительность ферул к загрязнению;
типичные ошибки при выборе SFP-модулей (рассказывал о них в своем Telegram-канале).
Но что если необходимо соединить два коммутатора между собой коротким и дешевым патч-кордом в пределах одной стойки?
Для таких задач вендоры стали производить более простые и дешевые решения – кабели интегрированные с трансиверами.
❯ Direct Attach Copper
DAC (кабель прямого медного подключения) – это твинаксиальный кабель, с двух сторон оканчивающийся разъемами форм-фактора SFP/QSFP/XFP.
Сигнал передается в электрическом виде напрямую по медным жилам без дополнительного преобразования в оптический или электрический сигнал, передающийся по витой паре или обычных оптических патч-кордах. Но самое главное, для сетевого оборудования это полноценный трансивер.
❯ Типы DAC
Passive DAC
Пассивные DAC кабели не содержат в себе электроники и не требуют дополнительного питания, соответственно меньше греются. За счет конструкции, где отсутствует TX и RX и прямого соединения с печатной платой коннектора DAC имеют минимальную задержку (<0,1 мс).
Но для них есть и ограничения:
максимальная длина таких кабелей может достигать до 7 м для 10Ge или 2–5 м для 40–100Ge;
высокая жесткость кабелей;
сильная зависимость от качества меди.
Active DAC
Активные DAC кабели представляют собой точно такой же твинаксиальный кабель, но в отличие от пассивных содержат активные компоненты (усилители или ретаймеры) внутри трансиверов. Эти компоненты восстанавливают и усиливают сигнал, что позволяет увеличить длину кабеля до 12–15 метров и улучшить целостность сигнала на высоких скоростях.
У Active DAC есть несколько минусов:
потребляют питание от порта (1–1,5 Вт на порт), соответственно больше греются;
имеют небольшой радиус изгиба из-за разных диаметров токопроводящей жилы (для 30 AWG – не менее 38 мм, для 24 AWG – не менее 23 мм);
чем выше скорость, тем сильнее влияние затухания и помех.
Чтобы нивелировать данные ограничения DAC кабелей, вендоры стали производить подобные кабельные сборки, но на оптике.
❯ Active Optical Cable
AOC – это кабель, внутри которого находится оптическое волокно, а на обоих концах закреплены трансиверы. Снаружи AOC выглядит точно так же как и DAC, но по сути это оптика, которую вы не трогаете своими руками.
Есть всего два вида AOC кабелей – двухволоконные и ленточные.
Принцип работы двухволоконных схож с обычными SFP+ SR, где по каждому волокну передается поток данных. Ленточные бывают на 4/8 и более волокон в ленте, их принцип работы похож на QSFP модули с MPO/MTP коннекторами, где по каждому волокну передается сигнал.
В AOC, также как и в обычных SFP-модулях сигнал преобразуется в оптический, передается по волокну и на другом конце происходит преобразование.
При этом:
нет патчкордов;
нет пыли на феррулах;
нет риска перепутать SM и MM.
За счет оптики дальность увеличилась до 100 м и более, сам кабель легче и гибче, по сравнению с DAC, но при этом цена естественно выше.
❯ Виды DAC и AOC кабелей
Прямые соединения
Для прямого соединения внутри одной или ближайших стоек используются следующие DAC/AOC кабели:
SFP+ ⇄ SFP+ – для каналов 10 Gbs;
SFP28 ⇄ SFP28 – для каналов 25 Gbs;
QSFP+ ⇄ QSFP+ – для каналов 40 Gbs;
QSFP28 ⇄ QSFP28 – для каналов 100 Gbs;
❯ Fan-Out / Breakout соединения
Для соединения высокоскоростного порта с несколькими низкоскоростными портами используются следующие Fan-Out DAC/AOC кабели:
QSFP+ ⇄ 4 x SFP+ (один канал 40 Gbs на 4 независимых канала по 10 Gbs);
QSFP28 ⇄ 4 x SFP28 (один канал 100 Gbs на 4 независимых канала по 25 Gbs);
Специфические Fan-Out кабели
AOC кабель-переходник с 8 оптическими разъемами под сменные 4 х 10G SFP+ или XFP.
❯ DAC vs AOC
Для наглядности сведем в одну таблицу основные отличия между медными DAC и оптическими AOC:
Параметры для сравнения DAC и AOC кабелей | Direct Attach Cable (DAC) | Active Optical Cables (AOC) |
|---|---|---|
Материал кабеля | Медный | Оптический |
Цена | Из-за отсутствия оптических компонентов это самый дешевый вариант соединения портов на небольшом расстоянии | В разы дороже Direct Attach Cable из-за применения оптоэлектронного преобразования |
Предельная длина | до 15 м | до 300 м для OM3 мультимодового волокна (MMF) и до 400 м для OM4 мультимодового волокна (MMF) |
Доступные модификации | QSFP+ и QSFP+, QSFP+ и 4 x SFP+, QSFP+ и 4 x XFP+, SFP+ и SFP+, SFP+ и XFP, XFP и XFP | QSFP+ и QSFP+, QSFP+ и 4 x SFP+, QSFP+ и 4 x XFP+, SFP+ и SFP+, SFP+ и XFP, XFP и XFP |
Устойчивость к электромагнитным наводкам | Подвержен | Не подвержен |
Удобство использования | По сравнению с AOC имеет массивный жесткий медный кабель | Удобнее при монтаже, чем Direct Attach Cable за счет тонкого гибкого оптического кабеля, легкий |
❯ Краткий чек-лист как выбрать между DAC и AOC
Для более верного выбора DAC/AOC кабеля нужно ответить на эти пять вопросов:
1. Какая дистанция?
до 1–5 м (в пределах одной стойки) – Passive DAC. Самая низкая стоимость и задержка;
5–10 м (смежные стойки в одном ряду) – Active DAC или короткий AOC. DAC дешевле, AOC гибче и не боится помех;
более 10 м (в пределах ЦОДа) – только AOC. Медь на таких дистанциях непрактична из-за затухания, веса и жесткости.
2. Какая скорость и тип соединения?
прямое соединение – подойдут оба типа. Выбирайте исходя из дистанции и бюджета;
Breakout-соединение – убедитесь, что выбранный кабель точно соответствует нужной схеме (например, 40G to 4x10G или 100G to 4x25G). DAC и AOC существуют в таких конфигурациях.
3. Каковы условия прокладки?
плотная разводка, кабельные лотки переполнены – AOC. Оптический кабель тоньше, гибче и легче, его проще проложить в стесненных условиях;
сильные электромагнитные помехи (рядом с силовыми кабелями, промышленное оборудование) – AOC. Оптика абсолютно невосприимчива к EMI;
важна минимальная задержка – Passive DAC. Имеет наименьшую задержку (~0.1 мс).
4. Какой бюджет?
минимальный бюджет – Passive DAC для коротких дистанций;
бюджет позволяет, нужна надежность и удобство – AOC. Вы платите за гибкость, дальность и отсутствие проблем с помехами.
5. Совместимость с оборудованием? Один из важнейших вопросов. Всегда проверяйте список совместимости производителя кабеля или вашего оборудования. Особенно при использовании Fan-Out кабелей убедитесь, что сетевое оборудование поддерживает режим работы 1 QSFP – 4 канала.
❯ Когда всё-таки использовать классические SFP-модули?
DAC и AOC решают множество проблем, но есть ситуации, в которых использование полноценных SFP это необходимость:
1. максимальная дальность и гибкость. С одномодовыми модулями можно передавать данные на десятки и сотни километров. Ни один DAC или AOC на это не способен.
2. универсальность компонентов. Если оптоволокно уже проложено, или вы хотите перейти с 10G на 25G, то использование AOC и DAC нецелесообразна. Легче заменить пару модулей, чем менять полностью кабельную инфраструктуру.
3. использование CWDM/DWDM. Для уплотнения каналов и экономии волокон необходимы специальные WDM SFP-модули.
4. отказоустойчивость и ремонтопригодность. Если «сгорел» модуль или поврежден патч-корд, его можно относительно легко заменить. Если поврежден AOC или DAC, то нужно менять всю кабельную сборку целиком.
Ну и кратко итоговая таблица по выбору DAC/AOC/SFP-модуль:
Критерий | Passive/Active DAC | AOC | SFP-модуль |
Типичная дистанция | 1 – 10 м (A-DAC до 15 м) | 1 – 100 м (MMF) | От 1 м до 100+ км |
Главное преимущество | Цена, минимальная задержка, минимальное энергопотребление/нагрев | Гибкость, невосприимчивость к помехам, среднее энергопотребление/нагрев | Гибкость, дальность, ремонтопригодность, возможная замена на более производительное решение |
Стоимость решения | Самая низкая | Средняя/Высокая | Высокая (за счет нескольких компонентов) |
Когда выбирать | Соединение в стойке или между соседними стойками | Дальность до 100 м в ЦОД, плотная разводка, EMI | Дальность >15 м, работа с патч-панелями и WDM, частые изменения конфигурации, магистральные линии |
❯ Пассивные компоненты
Про кабели поговорили, а теперь рассмотрим пассивные компоненты. Даже при использовании AOC и SFP-модулей, в реальной сети невозможно обойтись без пассивных компонентов.
Пигтейлы (pigtail)
Патч-корд это соединительный шнур, которым подключаются два SFP-модуля, а пигтейл это монтажный шнур или, по-другому, отрезок оптоволоконного кабеля с коннектором на одном конце и свободным другим концом, который приваривается к основному волокну.
Типовая длина пигтейлов – 1–1,5 м, но этого достаточно для их основных задач:
соединения компонентов внутри телекоммуникационного шкафа или других мест, где есть недостаток пространства;
разводка в оптических кроссах;
разводка в абонентских FTTH-сетях (обычно прокладывают в квартиры от распределительного шкафа);
ремонт оптических линий, в том числе в полевых условиях.
Типы пигтейлов
Тут также как и у обычных патч-кордов. Существуют пигтейлы, как SMF, так и MMF. Коннекторы стандартизированы от обычных LC/SC, до редких MT-RJ/E2000.
Полировка по стандарту UPC, но для высокоскоростных сетях, где критичны потери (пример GPON) используются APC.
Оболочка также может быть ПВХ или LSZH. Более подробно про коннекторы, полировку и оболочку я рассказывал в статье про патч-корды. Не буду повторяться.
Как соединяются пигтейлы?
Самый надежный метод это сварка. Она требует дорогого оборудования и прямых рук у инж��нера. Высокая точность сварки гарантирует стабильность линии и минимальные потери.
Менее надежный – это клеевой метод. Он более легкий, дешевый из-за отсутствия дорогостоящего оборудования, но при этом возрастают обратные отражения и увеличиваются потери сигнала. Этот метод устарел и используется в основном в лабораторных условиях, для быстрого ремонта или в полевых условиях без сварочного аппарата.
❯ Оптические кроссы (ODF)
SFP, DAC и AOC подключаются к активному сетевому оборудованию. Но прежде чем сигнал попадает на коммутатор, он должен прийти из магистрального оптоволокна.
Магистральный кабель на 100+ волокон приходит в ЦОД, но он не распределен и не скоммутирован.
Как это сделать?
Можно конечно взять пигтейлы и сварить потоки на десятки разных портов, но вся эта «лапша» будет не организована и подвержена механическим воздействиям.
Для централизованного подключения магистрального волокна в ЦОД существуют оптические кроссы, также известные как ODF (Optical Distribution Frame).
Как это работает:
магистральный кабель заводится в кросс;
его волокна свариваются с пигтейлами, которые уже имеют оптический коннектор (обычно LC, SC);
места сварки зачищаются гильзами и аккуратно укладываются в сплайс-кассеты внутри кросса;
коннекторы пигтейлов вставляются в оптические адаптеры на лицевой панели кросса;
к этим адаптерам уже подключаются патч-корды, идущие к SFP-портам коммутаторов или другого оборудования.
Основные виды и что выбрать:
По месту установки:
стоечные кроссы это стандарт для ЦОДов и узлов связи. Монтируются в 19 дюймовые стойки, высота измеряется в юнитах (1U, 2U, 4U). Вмещают от 8 до 144+ портов. Бывают стационарными или выдвижными для удобства обслуживания;
настенные кроссы это компактные боксы для точек присутствия (FTTH, офис). Крепятся на стену, имеют степень защиты (IP31 для помещений, IP54/IP65 для улицы).
По системе:
классические кроссы – цельная конструкция со встроенными адаптерами. Надежны, но менее гибки;
модульные системы – в стойку устанавливается каркас, в который можно вставлять сменные модули (кассеты) на 12, 24 или 48 портов. Это позволяет комбинировать типы адаптеров (LC/SC), полировки (UPC/APC) и легко масштабировать систему.
❯ Патч-панели
Патч-панель это коммутационная панель для организации и переключения соединений. Она служит упорядоченным интерфейсом между статичной кабельной разводкой и сетевым оборудованием. К её тыльной стороне подключаются постоянные линии, а на лицевой коммутируются патч-корды между устройствами.
Чем она отличается от кросса:
кросс – это терминал для ввода магистральной линии и сварки внешних кабелей;
патч-панель – это разводка внутри ЦОДа и служит для быстрого, многократного и организованного переключения соединений между портами сетевого оборудования.
Зачем это нужно?
Представьте несколько десятков серверов, подключенных к коммутатору. Без патч-панели пришлось бы тянуть десятки патч-кордов напрямую. Любая перекоммутация превратилась бы в ад. Патч-панель решает это:
все порты оборудования подключаются патч-кордами к тыльной стороне панели;
на лицевой стороне расположены порты и соединения между ними организуются короткими «кроссовыми» патч-кордами;
при перекоммутации достаточно переключить один «кроссовый» патч-корд, не трогая основную разводку.
Основные преимущества:
чистота и порядок, так как основная кабельная разводка зафиксирована и скрыта;
гибкое и быстрое изменение топологии сети;
снижается риск повреждения основной линии;
легко добавлять новые подключения.
Есть конечно один минус о котором нельзя забывать. Любая оптическая патч-панель или переходная розетка вносят затухание, а любой грязный коннектор может вообще положить весь линк. Типичное затухание на адаптер – 0,2–0,5 дБ.
Всегда рассчитывайте оптический бюджет и чистите коннекторы.
❯ Оптические аттенюаторы
А что, если вместо MMF SFP-модулей на коротких дистанциях (например в пределах одной стойки) будут использоваться SMF модули?
Все очень просто, мы можем вывести из строя фотоприемник (перегрузка приемника, приводящая к ошибкам передачи), так как лазеры достаточно мощные (особ��нно для ER и ZR), а фотоприемник таких нагрузок не выдержит. Связь может даже установиться, но трафик будет передаваться с ошибками, а ресурс модуля быстро закончится.
Чтобы решить эту проблему придумали оптические аттенюаторы.
Аттенюатор – это пассивное устройство, которое намеренно ослабляет оптический сигнал на заданное значение, измеряемое в децибелах (дБ).
Зачем ослаблять оптический сигнал?
защита фотоприемника от перегрузки;
тестирование запаса линии для проверки надежности и работу оборудования при ухудшении условий (старение лазеров, добавление новых соединений);
имитация длины линии в лабораторных условиях;
выравнивание мощности в системах WDM (PON, CWDM/DWDM).
На последнем остановимся подробнее. В WDM системах сигналы на разных длинах волн приходят к общему приемнику с разной мощностью из-за разного затухания в волокне и компонентах.
Аттенюаторы здесь используются для точной подстройки мощности каждого канала. Цель – добиться плоской спектральной характеристики суммарного сигнала, который поступает, например, на вход оптического усилителя (EDFA).
Это критически важно, так как EDFA и другое оборудование наиболее эффективно работают, когда все каналы имеют примерно одинаковую мощность. Выравнивание предотвращает подавление слабых каналов сильными, снижает нелинейные искажения и в итоге повышает общую устойчивость и качество передачи в магистральных сетях.
Типы аттенюаторов:
фиксированный (Fixed) вносит постоянное затухание, которое нельзя изменить. Это самый надежный и недорогой вид. Необходимо заранее рассчитать оптический бюджет, иначе при ошибке придется его заменить;
переменный (Variable) вносит переменное плавное затухание, которое можно настраивать (например, от 1 до 30 дБ) с помощью регулятора. Самый дорогой вид, обычно используется для лабораторных тестов, а не устанавливается на готовую инфраструктуру;
ступенчатый (Stepwise) вносит затухание дискретно, с помощью тумблеров. Этот вид компромисс между фиксированными и переменными, как по затуханию, так и по цене.
Как выбрать?
При выборе аттенюатора необходимо смотреть на данные параметры:
значение затухания (дБ) – рассчитывается как разница между мощностью передатчика и максимальной допустимой мощностью приемника, минус фактические потери в линии;
тип коннектора должен соответствовать вашим патч-кордам (LC, SC, FC);
точность затухания – если она не важна, то можно выбрать точность ±0.5 дБ. При необходимости высокой точности лучший выбор это ±0.1 дБ;
возвратные потери (RL) – хороший аттенюатор должен иметь высокое RL (~20 дБ), чтобы минимизировать отражения обратно в лазер.
Важно! Всегда проверяйте документацию к модулям, особенно эти два параметра:
чувствительность приемника (минимальный уровень, при котором BER допустим);
максимальная входная мощность (превышение вызывает перегрузку).
Аттенюатор позволяет изменить фактическ��ю мощность сигнала на необходимую в этом диапазоне.
❯ Заключение
Вот мы и разобрали альтернативные способы подключения с помощью DAC и AOC-кабелей, а также рассмотрели оптические компоненты любой большой сети.
К сожалению универсальных решений не существует. Где-то важнее DAC и их минимальной задержкой и ценой, где-то AOC с их гибкостью и помехозащищенностью, а где-то по прежнему незаменимы обычные SFP-модули. Но главное, какой бы способ передачи вы бы не выбрали, сигнал всегда приходит в оптические кроссы, распределяется патч-панелями и пигтейлами, подстраиваются аттенюаторами.
А надежность всей сети в конечном счете упирается в качество этих пассивных компонентов, аккуратность монтажа и чистота коннекторов.
Что дальше?
В следующей части разберем технологии уплотнения каналов:
CWDM и DWDM — в чем разница и что выбрать;
как работает мультиплексирование;
какие WDM SFP-модули нужны и почему это экономит волокна.
Немного важной информации
Я создал Telegram‑канал от сетевика для сетевиков. Если ты сетевой инженер, системный администратор, разработчик, студент или просто увлекаешься сетями – тебе сюда.
Что тебя ждет?
Разборы глобальных сбоев и неожиданных сетевых проблем.
Мини‑статьи с полезными фишками и объяснением сложных тем простым языком.
Истории из жизни сетевиков – в том числе от подписчиков.
Новости, обзоры продуктов и конкурсы от команды Timeweb.Cloud — в нашем Telegram-канале ↩
