The Need for oss Multifiber Connectivity

In Today’s Data Center

現在のデータセンターの大規模な仮想サーバー環境において40/100ギガビットイーサネット(GbE)を用いたスイッチ間のバックボーンネットワーク構築とストレージエリアネットワーク(SAN)構築の長距離配線に影響を与える光挿入損失バジェット(許容損失割当量)の問題が、データセンター管理者の間で常に取り沙汰される最重点事項の1つとなっている。実際に、あらゆるデータセンターの初期設計段階で、損失バジェットを慎重に検討する必要がある。損失バジェット内に収めることは、ビットエラー率を低く抑えるとともに性能を低下させずに、光データ信号をスイッチ間で適切に伝送するうえで不可欠である。

ファイバーケーブルの長さと種類、コネクタやスプライスの接続数などはいずれもリンク損失の原因になるため、データセンター管理者は、ファイバーチャネル内の接続ポイント/セグメントに基づき損失量を計算するという課題に直面している。マルチファイバープッシュオン(MPO)コネクタまたはメカニカルトランスファープッシュオン(MTP)コネクタは、あらかじめ成端されたプラグアンドプレイのメリットと、10ギガビット速度から40/100ギガビット速度への柔軟な拡張性により急速にスイッチ間接続の標準になりつつある。残念ながら、典型的なMPO/MTPコネクタの挿入損失では、ファイバーチャネルで3ヶ所以上の接続ができないため、設計の柔軟性やデータセンター管理を大幅に制限している。低損失MPO/MTPコネクタは、損失をバジェット内に収めつつ、さまざまな距離と構成で柔軟性を確保できる複数接続ポイントをサポートするうえで、標準損失MPO/MTPコネクタより優れている。

 

データセンターアーキテクチャ進化の影響による損失

伝統的な3層スイッチアーキテクチャは、ここ数年、データセンター環境において一般的な仕様となっている。このアーキテクチャは、メインディストリビューションエリア(MDA)にあるコアネットワークとSANスイッチ;アグリゲーションスイッチのあるMDA、中間ディストリビューションエリア(IDA)または水平ディストリビューションエリア(HDA);HDAにあるアクセススイッチから成る(図1を参照)。

多重スイッチ層は、10ギガビット毎秒(Gb/s)のファイバーバックボーン速度であるためスイッチ間の距離とデータ信号速度は、ほとんどのデータセンターが光リンク損失バジェットを超過せずに複数の接続を維持できる距離を保っている。しかし伝統的な3層アーキテクチャは、もはや大規模仮想化データセンターに適していない。

伝統的な3層アーキテクチャは、同じアクセススイッチ上にあるサーバー間のデータトラフィックには適していたが、1台の物理サーバーを複数の独立した仮想環境に分割する今日の大規模仮想化データセンターのnon-b locking・ low-latency・高速転送要件を適切にサポートしない。Non-b lockingとは、十分な転送速度を確保し、どのポートも他のあらゆるポートとフル転送容量で通信できることを指し、Low-latencyとは、データパケットが発信元から送信先までの移動に要する時間を指す。機器は今やデータセンターのあらゆる場所に設置されているため、3層アーキテクチャにおける2つのアクセススイッチ間のデータトラフィックは、複数のアグリゲーションスイッチとコアスイッチを通して南⇅北トラフィックパターンで移動しなければならず、その結果、スイッチホップ数が増えてパケットの到達時間が長くなる。

高速転送の仮想化環境において、伝統的な南⇅北トラフィックパターン(スイッチツースイッチ)は、トラフィックをサポートするリンクの転送速度を十分に確保できないという問題を引き起こす。

このため、多くのデータセンターが、より少ないスイッチツースイッチホップの2層だけのスイッチを利用するファブリックアーキテクチャに移行している。スイッチファブリックは、下位レベルスイッチから上位レベルスイッチへのアップリンクとは対照的に、スイッチのバックプレーン(ポートツーポート)でワイヤー速度伝送を利用することによって、どの2点間でも到達時間を短縮し、高い情報処理量を実現する。これによって、ダイナミックなサーバー間(東⇄西)トラフィックが可能となり、多重スイッチ層を通して南⇅北に移動せずに2台のサーバー間で通信できるようになる 。

リーフアンドスパインアーキテクチャとも呼ばれるファットツリースイッチファブリックは、今日の仮想化データセンターで展開されている最も一般的なスイッチファブリックの1つである。ファットツリーアーキテクチャは、MDAにあるインターコネクト(スパイン)スイッチと、HDAまたはEDAにあるアクセス(リーフ)スイッチで構成され、それぞれのスイッチは、一般的に光ファイバーでメッシュ状にスイッチに相互接続またはアップリンクを形成している(図2を参照)。          

ァットツリーフラットアーキテクチャは、規格ベースの光ファイバーケーブル配線の到達範囲を利用して、より少ないスイッチ間で多数のアクティブコネクションを確立するが、このような新しいデータセンター設計では、インターコネクトスイッチ−アクセススイッチ間の距離が長くなることが多い。長いファイバー配線は、データセンターの配線径路に導入するのが難しい場合があり、新しいアクセススイッチの追加は、すでに配線された 径路に長いファイバー配線を追加するという課題をもたらす。柔軟性と管理性を維持し、導入やアップグレードを容易にし、重要なスイッチに不正な接近を制限するために、多くのデータセンター管理者が、ディストリビューションポイントや利便性を高めるファイバーパッチングエリアをサポートするクロスコネクトを導入しようとしている。パッチングエリアでは、インターコネクトスイッチポートと接続するファイバーパッチパネルとアクセススイッチポートと接続する ファイバーパッチパネル間をパーマネントリンクを介して接続する(図3を参照)。これらのパッチパネルはスイッチと別のキャビネットに設置し、スイッチを触れられない状態で保護することができる。また、「エニーツーオール」構成を生み出し、パッチングエリアでファイバージャンパー接続の位置を変えるだけで、スイッチポートを他のどのスイッチポートにでも接続でき、移設・増設・変更(MAC)を容易にする 。

 

 

 

 

 

図3:クロスコネクトは、管理性と柔軟性を提供しスイッチを安全に保護する。その反面バックボーンチャネルにもう1つのコネクションポイントを増やす必要があるその接続を規格内の挿入損失バジェットに抑えるために低損失タイプのコネクティビティが必要

インターコネクトスイッチまたはアクセススイッチでのクロスコネクトの利用は、大型データセンターや、光ファイバーをマルチファンクションエリア/ゾーンに配線する場合にも適しており、MDAからHDAまで多対ファイバーケーブルをワンタイムで導入することができる。これによって、何度もMACを行わずにファイバーバックボーンケーブル配線をさまざまな目的(ネットワーク構築やSAN)に利用することができ、データセンターに新しいアクセススイッチや機器を追加するプロセスが簡素化される。例えば、サーバーのファイバー接続をネットワーク接続からSAN接続に切り換えるには、各列にあるクロスコネクトポイントでファイバージャンパーを変更するだけでよい。(図4を参照)

図4:クロスコネクト構成の平面図、SAN、コアネットワークスイッチコネクションをMDAに配置、サーバーとアクセススイッチをHDAに配置サーバーに繋がるファイバーコネクションをエンドオブローのクロスコネクトでファイバージャンパーを繋ぎかえることによりネットワークやSANの変更が容易に行える

残念ながら、これらの有用なクロスコネクトを利用すると接続ポイントが増え、その結果、ファイバーチャネルの損失が増大する。したがって、標準損失MPO/MTP挿入損失値は、データセンター管理者に光リンク損失バジェットを超過するリスクをもたらし、クロスコネクトの利用を断念させ、柔軟性に乏しく、MACやアップグレードが複雑になる長いファイバー配線を引き続き利用せざるを得なくなる。

転送速度レート上昇が挿入損失に及ぼす影響

データセンター環境においてファイバー損失バジェットが大きな関心事となっている主な原因の1つは、伝送速度がイーサネットベースのネットワークで1Gb/sから10Gb/s、さらに40・100Gb/sが現実になり、ファイバーチャネルベースのSANが8Gb/sから16Gb/s、さらに32Gb/sへと移行していることである。

速度の上昇に伴って、挿入損失要件がこれまで以上に厳しくなり、標準挿入損失値が使用されているほとんどのシナリオでクロスコネクトの利用が困難になっている。イーサネット規格を子細に調べてみると、速度が挿入損失に影響を及ぼしていることが分かる。

アメリカ電気・電子学会(IEEE)1000BASE-SX規格(1GbE)は、1000メートルのOM3マルチモードファイバーで4.5dB、1100メートルのOM4で4.8dBの最大チャネル損失に対応している。10GBASE-SR(10GbE)の最大チャネル損失は、300メートルのOM3ファイバーで2.6dB、400メートルのOM4で2.9dBに減少した。

TIA-568-C.0-2規格では、0.75dBの最大許容コネクタ損失、3.5dB/キロメートルの最大ファイバー損失が規定されていることから、10GbEの損失値は、2つの接続ポイントを仮定し2ヶ所のコネクタ接続が1.5dBと、それぞれOM3で1.1dB、OM4で1.4dBが、ファイバーチャネル合計挿入損失に含まれている。図5は、OM3ファイバーを利用した2コネクションの10GbEチャネルと、TIA/IEEE規格による最大損失値を示している。

図5:IEEE 802.3ae規格では、OM3ファイバ上で10ギガビット伝送の最大チャネル長は300メートルで最大許容損失量は2.6 dB

850nm光源によるマルチモードファイバーの40/100GbEのIEEE 40GBASE-SR4規格と100GBASE-SR10規格は、ファイバーの損失要件が厳しくなり、チャネル許容損失値が減少している。表1に示すように、40/100GbE規格はOM3ファイバーケーブル配線に関して、最大チャネル損失値が1.9dB(最大コネクタ損失1.5dBを含む)で100メートルのチャネル距離に対応している。OM4ファイバーケーブル配線では、距離が150メートルに延びているが、最大チャネル損失値は1.5dB(最大コネクタ損失1.0dBを含む)である。

表1:伝送速度が1 Gb/sから 40・100 Gb/sに上昇すると最大チャネル距離と許容損失値が著しく減少する

現行のTIA規格とISO規格は少なくとも OM3ファイバーを義務づけているが、 TIAは伝送能力の長さを理由に OM4の利用を勧めていることに留意すべきである。実際に、 25Gb/s8本のファイバー(送信ファイバー 4コア、受信ファイバー 4コア)を利用する新しい100GBASESR4規格は、 OM4ファイバーでは 100メートルまでサポートされるが、OM3では 70メートルまでしかサポートされないと予想される。

40/100GbE導入に必要とされる標準的なMPO/MTPコネクタの挿入損失値は0.3dB〜0.5dB、代表的なLCマルチモードファイバーコネクタ損失値は0.3dB〜0.5dBである。典型的なコネクタ損失は、TIAの許容値である0.75dBより優れているが、10/40/100GbEチャネルで展開できる接続数を制限する。例えば、LCコネクタ損失が0.5dBの場合、OM3ファイバー上の300メートル10GbEチャネルは、ヘッドルームなしで3個のコネクタしか含むことができない。 接続点が2つか3つしかなければ、インターコネクトスイッチ(MDA)でもアクセススイッチ(HDA)でもクロスコネクトを利用できない。

低損失ファイバーコネクティビティで問題を解決

シーモンはコネクタ技術と製造技術の改良によって、MTPコネクタ最大損失を2dBに、LC/SCコネクタ最大損失を0.15dB(平均的な損失は0.1dB)に抑えることに成功した。これは業界標準の0.75dBと他のメーカーが提供する損失値を大幅に下回っている。

10GbEの損失は、シーモン低損失LC B ladePatchファイバージャンパーが最大0.15dB(標準的な損失は0.1dB)、シーモン低損失プラグアンドプレイMTPLC/SCモジュールが最大0.35dB(平均的な損失は0.25dB)で、40/100GbEの損失は、シーモンMTP-MTPパススルーアダプタプレートとMTPファイバージャンパーの最大損失が0.2dBである。これらの低損失値によって、データセンター管理者はファイバーチャネルでより多くの接続ポイントを展開し、ディストリビューションポイントやクロスコネクトを利用して柔軟な構成の選択肢を大幅に増やすことができる。

下表2は、10/40/100GbEチャネルでどれだけ多くの接続を展開できるかについて、10GbEでシーモン低損失MTP-LCモジュールを、40/100GbEで低損失MTP-MTPパススルーアダプタを利用したOM3/OM4マルチモードファイバーと、標準損失ソリューションを比較したものである。

 

表2:低損失タイプコネクティビティはマルチモードファイバ上の850nm波長で10・40・100 Gb/Sの転送速度をより多くのコネクションポイントの展開を可能にする

表2に示されているように、低損失接続を利用すれば10GbEのOM3/OM4チャネルで4つの接続が可能だが、標準損失コネクティビティを利用した場合は2つにすぎない。低損失コネクティビティはOM3で100メートルの40/100GbEチャネルで8つの接続に対応しているが、標準損失を利用した場合は4つに制限され、OM4ファイバーの150メートル40/100GbEチャネルで可能な接続数は、5つに対して標準損失は、わずか2つである。インターコネクトスイッチとアクセススイッチとの間にクロスコネクトを展開するには、構成にもよるが、少なくとも4つの接続が必要である。したがって、光チャネル全体のクロスコネクト導入は、低損失コネクティビティなしではまったく不可能である。

図6、7および8は、シーモン低損失ファイバーコネクティビティを利用したOM3/OM4ファイバーで、10GbEチャネルと40/100GbEチャネルのクロスコネクト展開例をいくつか示している。図6では、すべての変更がLCファイバージャンパーによってクロスコネクトで行われている。スイッチはクロスコネクトエリアと別なラックに収容されMTPトランクケーブルはパーマネントリンクとして敷設する。クロスコネクトはチャネル内のどこにでも設置でき導入の容易さと管理性を最大限に高めることができる。

 

図6: 10 GbEチャネルを4個の低損失MTP-LCモジュールで展開し優れた柔軟性と管理性を提供するクロスコネクトが可能

図7は、6個のシーモン低損失MTP-MTPパススルーアダプタプレートと低損失トランクによるOM3 40/100GbEチャネルを示している。このシナリオは0.3dBのヘッドルームを提供し、管理性とセキュリティーをさらに高めている。すべての変更がMTPファイバージャンパーによってクロスコネクトで行われており、スイッチはクロスコネクトエリアと別なラックに収容され、MTPトランクケーブルはパーマネントリンクとして敷設する。この場合も、クロスコネクトはデータセンターのどこにでも展開し、柔軟性を最大限に高めることができる。これは、インターコネクトスイッチのクロスコネクトからアクセススイッチのクロスコネクトまで、12芯多対ファイバトランクケーブルの導入を可能にする。アクセススイッチの追加は、クロスコネクトから短いファイバーを配線し導入が可能になる。

図7:OM3低損失ファイバートランクケーブルで40・100 GbEのスイッチ間バックボーンチャネルを100メートルの長まで8個の低損失MTP-MTPパススルーアダプタを使い導入ができるため柔軟性と管理性、安全性を最大限に確保する

ロスバジェットの関係で6個のMTP-MTPアダプターを展開できない場合、選択肢のひとつは、機器インターフェースつまり機器コードとして機器ポートとクロスコネクトポートをMTP-LCジャンパー若しくはMTP-MTPジャンパーで接続することである。例えば、OM4ファイバーを使ってチャネル距離を150メートルに延長する場合は、図8に示すように、最大5個の低損失MTP-MTPパススルーアダプタを展開することができる。

図8: OM4低損失ファイバートランクケーブルで40・100 GbEのバックボーンチャネルを150メートルの長さまで低損失コネクティビティを使い2箇所のクロスコネクトポイントが導入ができるためネットワークアップリンクポートとSANポートをジャンパー作業で簡単に変更が可能

低損失コネクティビティは10/40/100ギガビットイーサネットチャネルで接続を増やせるだけでなく、SANのファイバーチャネル導入でも同じメリットをもたらす。例えば、150メートルの8Gb/sファイバーチャネル(GFC)を導入すれば、最大4個の低損失MTP-LCモジュールに対応できるが、標準損失コンポーネントを利用した場合は2個のモジュールにしか対応できない。したがって、低損失コネクティビティを利用してクロスコネクトを展開すれば、図9に示すようにクロスコネクトでジャンパーを変更するだけで、ネットワークアップリンクポートからSANポートに、またその逆方向にサーバー接続を簡単に変更できる。

図9:低損失コネクティビティはファイバーチャネルでもコネクションポイントの追加をサポートするそれはネットワークアップリンクポートやSANポートをクロスコネクトポイントでジャンパー作業により簡単に変更が可能になる

下表3は、シーモン社低損失コネクティビティを利用したイーサネット/ファイバーチャンネルのシナリオと標準損失コネクティビティのシナリオの比較表である。青い部分は損失が規格要件内に収まっていることを示し、赤はバジェット超過を示す。表に示すように、最大動作距離は接続の数に左右される。しかし低損失コネクティビティが、イーサネット/ファイバーチャネル両方のファイバーリンクで、より多くの接続を可能にすることは明らかである。

表3:低損失ファイバーは複数の接続をイーサネットとファイバーチャネルの径路で可能にする

*550メートルは、OM4の基準を超えているが、現在、ほとんどの機材がその距離をサポートしている

**0.5メートルはイーサネットとファイバーチャネルの最短距離

その他の問題

スイッチツースイッチ/サーバーツースイッチのファイバーリンクで接続ポイントを増やすために低損失コネクティビティを検討するだけではなく、すべてのMPOと呼ばれるコネクタが同じではないことを忘れてはならない。

シーモンのMTPコネクタインターフェースは、一般的なMPOコネクタより性能が高い。先端エンジニアリングと設計強化を特徴とし、コネクタの再研磨が可能、現場でコネクタのオス・メスを変更できるといった使いやすさを提供する。またMTPコネクタは、負荷時に物理的な端面接触を維持する機械的性能が高く、接続整合性を改善する改良型ガイドピンを備え、コネクタカバー部分のプッシュスプリングを中心に置いてスプリングによるファイバーの損傷を回避するメタルピンクランプ機構を備える。

データセンター管理者は、ファイバー接続の選択にあたってフェルール材も検討すべきである。シーモン社は、光学的性能を高めるために、金属や安価なプラスチックではなく高精度のジルコニアセラミックフェルールを使用している。ジルコニアセラミックは耐久性と細部に及ぶ寸法の正確性に優れ、より効率的な研磨を可能にし、安定した再現性のある結果と精密仕上げを提供する。ジルコニアセラミックフェルールは高精度の成形技術を利用することによって、他の材料に比べてファイバーの物理的接触も改善する。これは正確なファイバー接続整合性を提供し、MTPコネクタのメリットとあいまって、最低限の損失でベストオーバーオールパフォーマンスを可能にする。

サマリー

今日のフラットスイッチアーキテクチャとファイバー挿入損失バジェットの減少を受けて、シーモン低損失ファイバーコネクティビティは、データセンターにおいて、イーサネット/ファイバーチャンネル両方のアプリケーションで接続ポイントを増やすことができる。これらの追加接続ポイントにより、ファイバーネットワークとSANチャネルでディストリビューションポイントとクロスコネクトを利用でき、以下が可能となる。

•より短いファイバー配線の導入

•スイッチを安全なキャビネットに設置しフィジカルアクセスを制限する

•「エニーツーオール」構成による簡単な変更

•新規ファイバー配線をせずにファイバーバックボーンケーブル配線を多用途で利用

•新しい機器の追加プロセスの簡素化

データセンターの配線設計では、その初期設計段階で損失バジェットを慎重に検討する必要があるが、シーモン社の低損失ファイバーコネクティビティを導入することにより、10/40/100GbEアプリケーションや8/16/32GFC SANアプリケーションで、より多くの接続をサポートすることができる。今すぐシーモン社に問い合わせ、低損失LC BladePatchファイバージャンパー、プラグアンドプレイMTP-LC/SCモジュール、MTP-MTPパススルーアダプタプレート、MTPファイバージャンパー/トランクが、どのように、損失バジェット内に収めるうえで役立ち、さまざまな距離に対応する柔軟性や陳腐化しない構成を提供できるかについて、詳しい情報を入手されたい。

 

シーモン社について

1903年に創業したシーモン社は、世界トップクラスの企業にデータセンタ、通信室等のローカルエリアネットワークや 、インテリジェントビルディングシステムに不可欠な高品質で高性能な通信システム、ケーブリングソリューションとサービスを提供する実績を持ち、それらの専門性の高いコンポネンツを設計・製造するリーディングカンパニーです。米国コネチカット州に本社を持ち世界100カ国の主要都市にセールス、技術、ロジスティックの専門家を配し、カッパと光ファイバケーブリングシステム、キャビネットを含むラックシステム、ケーブルマネジメント、データセンタ電源コントロールシステムと冷却システムそしてインテリジェントインフラマネジメントソリューションと幅広く通信システムを提供しています。また、配線システムに関して400以上の特許を取得し 、シーモンラボでは研究開発と業界の規格や標準化の発展を重視し、絶え間なく投資を繰り返し長期的な視野で通信業を通して幅広く顧客と通信業界の発展に寄与しています。

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