Что такое кабели прямого подключения DAC?

Термин "кабель DAC" встречается очень часто, и каждый раз у кого-нибудь обязательно возникает вопрос: что такое DAC? Эта аббревиатура расшифровывается как Direct Attach Copper – прямое подключение через медный провод. Давайте рассмотрим более подробно, что это означает.

Содержание

1. Что такое прямое подключение через медный провод в кабеле DAC?
2. Что такое кабель DAC с разделением каналов (DAC Breakout, или «гидра»)?
3. На какую длину передается сигнал по кабелю DAC?
4. Почему бы просто не использовать оптические кабели вместо DAC?
5. Какой кабель DAC лучше выбрать?
6. Резюме

Что такое прямое подключение через медный провод в кабеле DAC?

Кабель DAC содержит так называемые твинаксиальные медные проводники диаметром 26-28 единиц AWG каждый с общим электромагнитным экраном, и на каждом конце кабеля имеется модуль-трансивер, обеспечивающий прямое соединение устройств через медный провод. Оба конца кабеля оснащаются соответствующими коннекторами, а сам кабель имеет определенную длину. Чем больше обеспечиваемая кабелем скорость соединения, тем сильнее должен быть экран, окружающий проводники, чтобы сохранить высокую надежность подключения.

В данном примере мы видим два коннектора QSFP+ на каждом конце кабеля, используемого для соединения двух устройств. Этот кабель, в отличие от оптических, обычно имеет определенную длину, при этом максимальная длина лимитируется условиями целостности сигнала.

Для длинных линий передачи данных основное значение имеют оптические кабели. В высокоскоростных сетях, когда мы переходим на скорости 400 GbE и более, расстояния, на которых меднопроводные коммуникации надежно обеспечивают такие скорости, практически ограничены. В ближайшие несколько лет мы, по-видимому, будем использовать кабели DAC для соединения устройств в пределах одной стойки, а коммуникации между стойками и более длинные будут обеспечиваться оптическими кабелями.

Что такое кабель DAC с разделением каналов (DAC Breakout, или «гидра»)?

Рассмотрим отдельно важную разновидность кабелей DAC – кабель DAC с разделением каналов. В обозначениях модулей QSFP+ с пропускной способностью 40 GbE и QSFP28 с пропускной способностью 100 GbE буква “Q” означает «четырехканальность». То есть коннектор QSFP+ можно представить как сумму четырех каналов SFP+. Пропускная способность SFP+ составляет 10 Гбит/с, соответственно, QSFP+ – 40 Гбит/с, то есть четыре линии по 10 Гбит/с в совокупности дают нам пропускную способность 40 Гбит/с. Аналогично – для каналов SFP28 и QSFP28. Это позволяет разделить более плотный форм-фактор QSFP+/ QSFP28 на два-четыре канала для подключения, соответственно, двух-четырех менее скоростных устройств. В примере на рисунке ниже мы видим четыре коннектора SFP+ на одном конце кабеля и один коннектор QSFP+ на другом конце.

Отметим здесь, что, хотя в теории все это работает, на практике не все переключатели, маршрутизаторы, сетевые карты, серверы, накопители и т.д. поддерживают DAC-разделение каналов. Большая часть – поддерживает, но есть несколько исключений. К ним относятся некоторые сетевые карты, например, HPE 620QSFP28 4x 25GbE Single QSFP28 Port Ethernet Adapter, которая рассчитана на использование порта QSFP28/ QSFP+ или для DAC-подключения одного устройства, или для четырех раздельных подключений.

Хотя мы видим здесь один физический порт, сетевая карта может работать не только как одно устройство с пропускной способностью 100 GbE, но и как четыре отдельных устройства 25 GbE:

Однако поддержка DAC-подключений с разделением каналов превалирует, так что встречаются даже специфические карты, использующие DAC-разделение каналов для увеличения плотности портов.

Отметим также, что вы можете получить DAC-подключение с переходом с QSFP+ на 1x SFP+ или с QSFP28 на 1x SFP28, как в ситуации использования сетевой карты 40 GbE (QSFP+) с переключателем 10 GbE (SFP+).

На какую длину передается сигнал по кабелю DAC?

Ответ на этот вопрос зависит и от типа кабеля DAC, и от поставщика. В среднем, передача со скоростью 100 GbE ограничивается длиной кабеля DAC 5 метров.

Еще одно небольшое, но важное замечание: чем выше скорость DAC-соединения, тем более мощное экранирование медных проводников для этого требуется. А более мощное экранирование означает более толстый кабель. Таким образом, более скоростные кабели DAC являются менее гибкими, чем менее скоростные. Если мы сравним типовые кабели DAC QSFP+ 40 GbE и QSFP28 100 GbE, то увидим, что кабель для сетей 100 GbE заметно толще и жестче. Что, в свою очередь, усложняет задачу прокладывания высокоскоростных кабелей DAC в стойках. Но есть и положительный момент: кабели DAC, в отличие от оптических, намного менее чувствительны к сгибанию.

Кроме того, кабели DAC делятся на две основные группы: активные и пассивные. Пассивным нужно меньше энергии. Активные потребляют больше энергии, но передают сигнал на несколько большие расстояния. Однако даже активные кабели DAC не обеспечивают такую дальность передачи, как оптические. Отметим здесь, что активные оптические кабели (AOC), как и кабели DAC, имеют установленную длину, но эта длина значительно больше благодаря использованию оптического канала передачи.

Почему бы просто не использовать оптические кабели вместо DAC?

Все упирается в стоимость. Общие расходы на оборудование складываются из двух основных составляющих: расходы на аппаратное обеспечение и операционные расходы. Чтобы оценить и те и другие, давайте посмотрим на схему ниже.

В этой сравнительной модели медные/ электрические соединения выделены оранжевым цветом, а оптические – синим. При использовании DAC передача сигнала между модулями-трансиверами (в данном примере – QSFP28) и чипами сетевых устройств большой системы осуществляется только по медным проводам.

При использовании оптических соединений мы должны сначала преобразовать электрический сигнал в оптический для дальнейшей передачи по оптическому каналу. Далее, на другом конце нам нужно будет преобразовать принятый оптический сигнал обратно в электрический, который передается в систему. И эти преобразования осуществляются при передаче сигнала в обоих направлениях.

В результате стоимость оптических коммуникаций оказывается выше – и за счет большей технической сложности, и за счет больших затрат энергии. Эти дополнительные расходы на аппаратное обеспечение и энергию для преобразования сигнала и являются ключевым стимулом для использования внутри стоек DAC-соединений. Кроме того, более простое устройство DAC-соединений означает их большую надежность.

Какой кабель DAC лучше выбрать?

При выборе кабеля нужно обратить внимание на две основные вещи. Первая – это скорость. Для Ethernet-подключений используются следующие стандартные опции.

Поколение 10GbE/ 40GbE

• 10GbE => 10GbE: SFP+ => SFP+
• 40GbE => 40GbE: QSFP+ => QSFP+
• 40GbE => 4x 10GbE: QSFP+ => 4x SFP+
• 40GbE => 1x 10GbE: QSFP+ => SFP+

Поколение 25GbE/ 50GbE/ 100GbE

• 25GbE => 25GbE: SFP28 => SFP28
• 50GbE => 50GbE: QSFP28 => QSFP28
• 100GbE => 100GbE: QSFP28 => QSFP28
• 100GbE => 4x 25GbE: QSFP28 => 4x SFP28
• 100GbE => 2x 50GbE: QSFP28 => 2x QSFP28
• 100GbE => 1x 25GbE: QSFP28 => 1x SFP28
• 100GbE => 1x 50GbE: QSFP28 => 2x QSFP28

Здесь перечислено большинство типовых вариантов, которые нужно знать. Для поколений QSFP56, QSFP-DD и выше эти схемы также работают.

Второй момент – это совместимость оборудования. Многие производители коммутаторов, маршрутизаторов, серверов, хранилищ и сетевых карт жестко настраивают оптические каналы в переключателях на совместимость только со своими (более дорогими) решениями. Можно подключить, например, маршрутизатор Cisco к коммутатору HPE, установив оптический коннектор Cisco QSFP28 в переключатель Cisco и оптический коннектор HPE QSFP28 в переключатель HPE и соединив их кабелем. С DAC это сделать сложнее, поскольку кабель выпускается с фиксированными коннекторами на обоих концах. В конечном счете, подобрать совместимые с устройствами кабели DAC можно, но ограничений здесь обычно не меньше, чем в оптическом сегменте. Это просто нужно иметь в виду при выборе кабелей.

Резюме

Несмотря на массовое использование оптических коммуникаций, кабели прямого подключения (DAC) по-прежнему имеют большое практическое значение. Они позволяют существенно снизить расходы на оборудование дата-центров.