Структурированные кабельные системы для центров обработки данных (3000,00 руб.)

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Стр.8

УДК 004.04.621.315.2 ББК 32.97 С30 . Семенов А. Б. С30 Структурированные кабельные системы для центров обработки данных / Семенов А. Б. – М.: Компания Стинс Коман; ДМК Пресс, 2014. – 232 с.: ил. ISBN 978-5-97060-120-4 Рассматриваются основные подходы к построению центров обработки данных, в том числе те аспекты архитектурного исполнения, которые имеют важное значение с точки зрения реализации в нем структурированной кабельной системы. Выполнен обзор схем построения телекоммуникационной инфраструктуры этого технического объекта. Обсуждаются требования к информационной кабельной системе ЦОД, и приведены варианты их реализации. Подробно описаны принципы построения медножильной и оптической подсистем СКС. Приведены основные особенности и отличия электропроводной и волоконно-оптической элементной базы с анализом фокусных областей их использования. Представлена классификация по уровням эксплуатационной надежности, и описаны мероприятия по достижению требуемой величины этого параметра в части, относящейся к СКС. Отдельно затронуты вопросы тестирования и эксплуатационного обслуживания информационной кабельной системы. Для специалистов системных интеграторов и инсталляционных компаний, сотрудников проектных организаций и эксплуатационного персонала ЦОД. УДК 004.04:621.315.2 ББК 32.97 Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав. Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги. © Компания Стинс Коман, 2014 ISBN 978-5-97060-120-4 © Оформление, ДМК Пресс, 2014 © Семенов А. Б., 2014

Стр.3

СОДЕРЖАНИЕ Использованные сокращения ..............................................................................................8 От автора...............................................................................................................................9 Введение .............................................................................................................................10 Глава 1. Элементы телекоммуникационной и информационной инфраструктуры ЦОД .........................................................................................................18 1.1. Построение телекоммуникационной инфраструктуры .......................................................................18 1.1.1. Уровни и подуровни аппаратурной части ....................................................................................18 1.1.2. Сетевые протоколы и основные виды сетей в ЦОД ....................................................................21 1.1.3. Концепции Fibre Channel over Ethernet иi SCSI .............................................................................24 1.2. Специальные варианты классической архитектуры ЛВС .....................................................................26 1.2.1. Предварительные замечания .........................................................................................................26 1.2.2. Архитектура на основе сосредоточенных групп коммутаторов ................................................27 1.2.3. Архитектура Top of Rack ..................................................................................................................28 1.2.4. Влияние концепций End of Row и Top of Rack на архитектуру кабельной системы ................28 1.3. Архитектура ЛВС в ЦОД с низким уровнем задержки .........................................................................29 1.3.1. Предварительные замечания .........................................................................................................29 1.3.2. Схема плоского дерева ...................................................................................................................30 1.3.3. Полносвязанная структура коммутаторных фабрик ....................................................................31 1.3.4. Расширенная структура с использованием интерконнекта ........................................................32 1.3.5. Централизованная структура коммутаторных фабрик ................................................................33 1.3.6. Коммутаторная фабрика на основе виртуального коммутатора ...............................................34 1.4. Сетевые интерфейсы Ethernet на скорость 40 и 100 Гбит/с ...............................................................35 1.4.1. Необходимость внедрения новых типов интерфейсов и их технические особенности .........35 1.4.2. Выбор количества каналов передачи и канальной скорости ....................................................39 1.4.3. Многомодовые оптические интерфейсы малой дальности действия ......................................40 1.4.4. Линии связи большой протяженности ..........................................................................................42 1.4.5. Передача по симметричным кабелям...........................................................................................42 1.5. Основные разновидности обобщенных топологий телекоммуникационной инфраструктуры .....43 1.5.1. Базовая топология ...........................................................................................................................43 1.5.2. Упрощенная топология....................................................................................................................43 1.5.3. Распределенная топология .............................................................................................................45 Глава 2. Архитектурные объекты телекоммуникационной инфраструктуры .................47 2.1. Архитектурная компоновка ЦОД ............................................................................................................47 2.1.1. Необходимость применения иерархического подхода ..............................................................47 2.1.2. Помещения, области и зоны телекоммуникационной инфраструктуры ..................................48 2.1.3. Требование компактности ЦОД .....................................................................................................50 2.2. Кабельный ввод и входной кросс ..........................................................................................................51 2.2.1. Особенности конструкции кабельного ввода ..............................................................................51 2.2.2. Назначение помещения входного кросса.....................................................................................52 2.2.3. Архитектурные особенности реализации входного кросса .......................................................53 2.3. Аппаратный зал и его структурные компоненты..................................................................................54 2.3.1. Предварительные замечания .........................................................................................................54 2.3.2. Область главного кросса .................................................................................................................54

Стр.4

4 Содержание 2.3.3. Область промежуточного кросса ...................................................................................................56 2.3.4. Область горизонтального кросса ...................................................................................................57 2.3.5. Зона точки консолидации ...............................................................................................................58 2.3.6. Зона размещения оконечного оборудования ..............................................................................58 2.4. Офисная зона ............................................................................................................................................59 2.4.1. Необходимость выделения дополнительных помещений .........................................................59 2.4.2. Телекоммуникационное помещение ЦОД ...................................................................................60 Глава 3. Построение информационной кабельной системы ЦОД ...................................62 3.1. Общие вопросы ........................................................................................................................................62 3.1.1. Необходимость создания специальной разновидности СКС .....................................................62 3.1.2. Назначение СКС для ЦОД и основные требования к ней ...........................................................64 3.1.3. Нормативная база ............................................................................................................................66 3.1.4. Принцип унификации с офисными кабельными системами ......................................................68 3.1.5. Соответствие зон кабельной системы и уровней аппаратной части информационной инфраструктуры ..........................................................................................................................................69 3.1.6. СКС для ЦОД как самостоятельный продукт ................................................................................70 3.2. Разновидности комплексных линейных объектов ...............................................................................71 3.2.1. Предварительные замечания .........................................................................................................71 3.2.2. Укрупненные функциональные компоненты ................................................................................72 3.2.3. Стационарная линия ........................................................................................................................73 3.2.4. Тракт СКС традиционной структуры ..............................................................................................74 3.2.5. Некоторые особенности структурного построения оптических трактов ..................................76 3.3. Ограничения по длинам отдельных элементов кабельных трактов .................................................77 3.3.1. Ограничения стандарта ANSI/TIA-942 ............................................................................................77 3.3.2. Ограничения по длинам отдельных компонентов симметричных стационарных линий и трактов по стандарту ISO/IEC 24764......................................................................................................80 3.4. Коммутация и интерфейсы кабельных линий СКС ...............................................................................83 3.4.1. Предварительные замечания .........................................................................................................83 3.4.2. Коммутация в СКС, схемы и особенности ее реализации ..........................................................84 3.4.3. Интерфейсы СКС ...............................................................................................................................87 3.5. Сопряжение отдельных частей кабельной системы ............................................................................88 3.5.1. Предварительные замечания .........................................................................................................88 3.5.2. Стыковка кабельных систем аппаратного зала и офисной части ЦОД .....................................89 3.5.3. Сопряжение СКС с соединительными линиями операторов связи ...........................................89 3.6. Структурные компоненты информационной кабельной системы ЦОД ............................................91 3.6.1. Главные особенности ......................................................................................................................91 3.6.2. Магистральные подсистемы ...........................................................................................................92 3.6.3. Горизонтальная подсистема ...........................................................................................................93 3.6.4. Точка консолидации ........................................................................................................................95 3.7. Элементная база для построения СКС ...................................................................................................97 3.7.1. Линейные кабели .............................................................................................................................97 3.7.2. Разъемные соединители .................................................................................................................98 3.7.3. Шнуровые изделия ..........................................................................................................................99 3.7.4. Тренд на улучшение массогабаритных характеристик оборудования СКС ............................100 3.8. Коммутационное оборудование ..........................................................................................................102 3.8.1. Назначение коммутационного оборудования и общие требования к нему .........................102 3.8.2. Объемы применения коммутационного оборудования в серверных шкафах ......................103

Стр.5

Содержание 3.8.3. Центральный кросс в аппаратном зале ......................................................................................105 5 3.9. Модульно-кассетные и претерминированные решения ...................................................................106 3.9.1. Предварительные замечания .......................................................................................................106 3.9.2. Модульно-кассетная техника .......................................................................................................108 3.9.3. Претерминированные решения ...................................................................................................110 Глава 4. Специальные разновидности организации информационной кабельной системы .......................................................................................................... 111 4.1. Внутрирядная связь ................................................................................................................................111 4.1.1. Предварительные замечания .......................................................................................................111 4.1.2. Выделенные линии ........................................................................................................................111 4.1.3. Активные кабельные сборки ........................................................................................................112 4.2. Централизованная оптическая архитектура ........................................................................................113 4.2.1. Целесообразность внедрения и основные преимущества ......................................................113 4.2.2. Варианты реализации ....................................................................................................................114 Глава 5. Электропроводная подсистема ......................................................................... 118 5.1. Особенности построения ......................................................................................................................118 5.1.1. Перспективы применения медножильных линий в ЦОД .........................................................118 5.1.2. Принцип соответствия класса и категории в симметричных линиях ......................................119 5.2. Стандартные кабели...............................................................................................................................120 5.2.1. Области применения симметричной техники различных категорий ......................................120 5.2.2. Коаксиальные кабели ....................................................................................................................121 5.2.3. Температурные характеристики линейных горизонтальных кабелей ....................................122 5.3. Экранирование горизонтальных кабелей ...........................................................................................123 5.3.1. Перспективность экранированных решений ..............................................................................123 5.3.2. Полуэкранированные и незаземленные экранированные конструкции ...............................125 5.4. Симметричные кабели малого диаметра............................................................................................127 5.4.1. Необходимость внедрения новой разновидности кабельных изделий .................................127 5.4.2. Категории кабелей .........................................................................................................................129 5.4.3. Шнуры из кабеля уменьшенного диаметра ...............................................................................130 5.4.4. Ограничения по областям применения кабелей малого диаметра........................................130 5.5. Разъемы для симметричных кабелей ..................................................................................................132 5.5.1. Стандартные типы разъемов ........................................................................................................132 5.5.2. Особенности разъемов кабелей малого диаметра ...................................................................134 5.6. Коммутационная техника для медножильных линий .......................................................................135 5.6.1. Особенности коммутационных панелей для ЦОД ....................................................................135 5.6.2. Подавление межэлементной помехи .........................................................................................136 5.6.3. Адаптеры медножильной подсистемы .......................................................................................138 5.7. Конструктивное исполнение панелей .................................................................................................139 5.7.1. Наборные панели ...........................................................................................................................139 5.7.2. Классические угловые панели ......................................................................................................139 5.7.3. Особые разновидности угловых панелей ...................................................................................140 5.7.4. Другие конструктивные решения .................................................................................................142 5.7.5. Решения монтажного типа ............................................................................................................143 5.7.6. Панели с переключателями ..........................................................................................................145 5.7.7. Панели с разъемами рядного типа ..............................................................................................147 5.8. Претерминированная техника медножильной подсистемы ............................................................148

Стр.6

6 Содержание 5.8.1. Основания для внедрения и основные характеристики ...........................................................148 5.8.2. Модульно-кассетные решения .....................................................................................................149 5.8.3. Претерминированные сборки ......................................................................................................150 Глава 6. Волоконно-оптическая подсистема ................................................................... 152 6.1. Волоконно-оптические кабели .............................................................................................................152 6.1.1. Допустимые для применения разновидности волоконных световодов ................................152 6.1.2. Некоторые конструктивные особенности ...................................................................................154 6.2. Коммутационное оборудование ..........................................................................................................154 6.2.1. Общие требования к коммутационной технике оптической подсистемы СКС и главные особенности ее исполнения .................................................................................................154 6.2.2. Разъемы для построения волоконно-оптической подсистемы ...............................................155 6.3. Задача перехода к 40- и 100-гигабитным оптическим трактам и методы ее решения ................158 6.3.1. Подключение сетевого оборудования к СКС .............................................................................158 6.3.2. Шнуровые изделия ........................................................................................................................160 6.3.3. Адаптеры оптической подсистемы СКС ......................................................................................160 6.3.4. Стратегия построения оптической подсистемы .........................................................................162 6.3.5. Некоторые особенности конструктивного исполнения ............................................................162 6.4. Решение задачи перехода на скорости передачи 40 и 100 Гбит/с .................................................165 6.4.1. Предварительные замечания .......................................................................................................165 6.4.2. Основные варианты реализации .................................................................................................166 6.5. Полярность оптических трактов в случае использования схемы параллельной передачи ..........167 6.5.1. Предварительные замечания .......................................................................................................167 6.5.2. Терминология стандартов ............................................................................................................168 6.5.3. Основные методы достижения требуемой полярности оптического тракта .........................169 6.5.4. Оригинальные разработки ............................................................................................................172 6.6. Вилки разъемных оптических соединителей с переменной полярностью ....................................173 6.6.1. Истоки возникновения проблемы ...............................................................................................173 6.6.2. Способы изменения полярности .................................................................................................174 6.6.3. Общая характеристика решений ..................................................................................................175 6.6.4. Вилки типа LC..................................................................................................................................175 6.6.5. Вилка типа MTP/MPO .....................................................................................................................176 6.7. Модульно-кассетное оборудование с улучшенными характеристиками по затуханию и возвратным потерям ..................................................................................................................................176 6.7.1. Истоки возникновения необходимости внедрения нового класса оборудования ...............176 6.7.2. Требования к затуханию разъемов улучшенного модульно-кассетного оборудования ......178 6.7.3. Требования к возвратным потерям разъемов улучшенного модульно-кассетного оборудования с улучшенными параметрами .......................................................................................180 Глава 7. Специальные типы многомодовых световодов ............................................... 181 7.1. Изгибностойкое многомодовое волокно ............................................................................................181 7.2. Многосердцевинное кварцевое волокно............................................................................................182 7.2.1. Конструктивная схема ...................................................................................................................182 7.2.2. Разъемные соединители ...............................................................................................................184 7.2.3. Влияние на перечень контролируемых характеристик .............................................................185 7.3. Многомодовое оптическое волокно с компенсацией хроматической дисперсии ........................185 7.3.1. Необходимость внедрения нового типа широкополосных многомодовых световодов ......185 7.3.2. Факторы, ограничивающие предельную дальность связи .......................................................186

Стр.7

Содержание 7 7.3.3. Дисперсионные составляющие ....................................................................................................189 7.3.4. Особенности лазерных излучателей для схем параллельной передачи ...............................190 7.3.5. Направление улучшения дисперсионных свойств многомодовых волокон ..........................191 7.3.6. Практическая реализация многомодового волокна для лазерной передачи с дисперсионной компенсацией ............................................................................................................193 7.3.7. Целесообразность изменения структуры построения 100-гигабитных сетевых интерфейсов ..............................................................................................................................................194 7.3.8. Перспективы введения новой категории многомодовых волоконных световодов ..............195 Глава 8. Надежность ЦОД ................................................................................................ 196 8.1. Общие положения ..................................................................................................................................196 8.1.1. Предварительные замечания .......................................................................................................196 8.1.2. Отказоустойчивость .......................................................................................................................196 8.1.3. Катастрофоустойчивость ...............................................................................................................197 8.1.4. Численные характеристики надежности .....................................................................................198 8.1.5. Резервирование в ЦОД и его основные особенности ..............................................................199 8.2. Уровни надежности ................................................................................................................................201 8.2.1. Необходимость классификации по уровням надежности ........................................................201 8.2.2. Уровни надежности стандарта ANSI/TIA-942 ..............................................................................202 8.2.3. Особенности применения классификации по уровням надежности ......................................205 8.2.4. ЦОД без сертификации по уровням надежности ......................................................................206 8.2.5. Особенности архитектурной части телекоммуникационной инфраструктуры с различными уровнями отказоустойчивости ......................................................................................207 8.3. Основные средства достижения требуемого уровня отказоустойчивости .....................................210 8.3.1. Предварительные замечания .......................................................................................................210 8.3.2. Применение качественных решений ..........................................................................................210 8.3.3. Резервирование .............................................................................................................................211 8.3.4. Проектные решения ......................................................................................................................212 Глава 9. Тестирование и эксплуатационное обслуживание СКС для ЦОД .................... 213 9.1. Общие положения ..................................................................................................................................213 9.2. Эксплуатационное обслуживание информационной кабельной системы .....................................214 9.3. Необходимые условия быстрого обнаружения и локализации неисправностей в линейной части трактов передачи ...........................................................................................................215 9.4. Выявление неисправностей оптической подсистемы .......................................................................216 Глава 10. Система администрирования СКС ................................................................... 218 10.1. Общие положения ................................................................................................................................218 10.1.1. Необходимость использования системы администрирования..............................................218 10.1.2. Правила формирования идентификаторов администрируемых компонентов ...................218 10.2. Построение идентификаторов коммутационного оборудования ..................................................220 10.2.1. Штатные компоненты системы администрирования ..............................................................220 10.2.2. Дополнительные компоненты системы администрирования................................................222 10.2.3. Схема маркировки линейных кабелей и коммутационных шнуров .....................................222 10.2.4. Особенности администрирования централизованных оптических архитектур ...................223 10.2.5. Особенности применения систем интерактивного управления в ЦОД ................................223 Заключение....................................................................................................................... 227 Литература ........................................................................................................................ 229

Стр.8