Кабели MPO и MTP для 40, 100 и 400 Гбит/с

Коротко: MPO (Multi-fiber Push-On) — групповой оптический разъём, объединяющий от 8 до 24 и более волокон в одном корпусе. Он применяется там, где интерфейс использует несколько пар волокон одновременно: 40GBASE-SR4 и 100GBASE-SR4 задействуют 8 волокон, 400GBASE-SR8 — 16. MTP — зарегистрированная торговая марка улучшенного разъёма этого же типа, механически совместимого с обычным MPO. При сборке линий на групповых разъёмах решающее значение имеют три параметра, которых нет у привычных двухволоконных соединений: число волокон, полярность и наличие центрирующих штырьков. Ошибка в любом из них даёт неработающую линию при внешне правильном подключении.

Что такое MPO и чем от него отличается MTP

Разъём MPO описан стандартами IEC 61754-7 и TIA-604-5. Волокна в нём располагаются в ряд в общем наконечнике, а соединение фиксируется защёлкой. Один разъём заменяет от четырёх до двенадцати пар обычных двухволоконных соединений.

MTP — зарегистрированная марка разъёма того же стандарта, выпускаемого одним производителем с рядом конструктивных улучшений: плавающий наконечник, съёмный корпус, позволяющий менять полярность и положение ключа без разделки, доработанная геометрия штырьков.

Ключевой практический момент: MTP механически совместим с обычным MPO, и соединять их между собой допустимо. Выбор между ними — вопрос требований к качеству соединения и к возможности изменения полярности на месте, а не вопрос совместимости.

Зачем нужны групповые разъёмы

Причина в устройстве скоростных интерфейсов. Передать 40 или 100 Гбит/с по одной паре многомодовых волокон технически сложно, поэтому поток разделяют на несколько параллельных линий меньшей скорости.

Интерфейс 40GBASE-SR4 передаёт четыре потока по 10 Гбит/с, 100GBASE-SR4 — четыре потока по 25 Гбит/с. Каждому потоку нужна пара волокон: одно на передачу, одно на приём. Четыре потока требуют восьми волокон, и собирать их из четырёх отдельных двухволоконных разъёмов неудобно как при монтаже, так и при эксплуатации.

Второй мотив — плотность. В современном машинном зале число линий на стойку измеряется десятками, и место в кроссах ограничено. Групповой разъём на 12 или 24 волокна занимает немногим больше места, чем двухволоконный.

Сколько волокон нужно интерфейсу

Обратите внимание на расхождение между числом задействованных волокон и ёмкостью разъёма. Интерфейсам на 8 волокон обычно ставят разъём MPO-12, в котором четыре центральных волокна не используются. Так сложилось исторически, и это нормальная практика, хотя выпускаются и восьмиволоконные варианты.

Для 400GBASE-SR8 требуется шестнадцативолоконный разъём MPO-16, который отличается от MPO-12 геометрией наконечника. Механически они несовместимы, и это важный момент при планировании перехода на 400 Гбит/с: существующая кабельная система на MPO-12 для такого интерфейса напрямую не подходит.

Полярность: почему линия может не заработать

В двухволоконном соединении всё просто: передатчик одной стороны должен попасть на приёмник другой, и это обеспечивается перекрёстным патч-кордом. В групповом разъёме волокон восемь или шестнадцать, и соответствие нужно обеспечить для каждой пары.

Стандарт TIA-568 описывает три способа организации полярности. Они различаются тем, в каком компоненте выполняется перестановка волокон.

Практический совет: выберите один метод для всей кабельной системы и зафиксируйте его в документации. Смешение методов на разных участках — распространённая причина неработающих линий, которую трудно обнаружить визуально, поскольку разъёмы выглядят одинаково.

Метод B с единым типом патч-кордов обычно удобнее в эксплуатации: не нужно различать два вида шнуров и невозможно ошибиться при замене. Метод C применяют там, где групповая магистраль обслуживает обычные двухволоконные интерфейсы через кассеты.

Штырьки: pinned и unpinned

Для точного совмещения волокон в наконечнике предусмотрены два центрирующих штырька. Один разъём пары имеет штырьки (pinned, его называют также male), второй — отверстия под них (unpinned, female).

Правило простое и не допускает исключений: в каждом соединении должен быть ровно один разъём со штырьками. Соединение двух разъёмов со штырьками физически невозможно и повреждает торцы при попытке. Соединение двух разъёмов без штырьков формально собирается, но волокна не центрируются, и потери делают линию неработоспособной.

Типовая раскладка сложилась так. Приёмопередатчики имеют разъём без штырьков, поэтому патч-корд, идущий к модулю, должен быть со штырьками на этом конце. Магистральные кабели обычно изготавливают без штырьков с обеих сторон, а кассеты в кроссах — со штырьками. Схему проверяют на бумаге до заказа, перечисляя все соединения линии от модуля до модуля.

Полировка торца: UPC и APC

Торец разъёма обрабатывается одним из двух способов. UPC даёт плоский торец, перпендикулярный оси волокна. APC даёт торец со скосом около восьми градусов, что уводит отражённый сигнал из сердцевины и резко снижает обратное отражение.

Для многомодовых линий применяется UPC. Для одномодовых интерфейсов, включая 400GBASE-DR4, обычно требуется APC. Разъёмы с полировкой APC принято маркировать зелёным цветом корпуса.

Соединять UPC и APC нельзя: геометрия торцов не совпадает, потери велики, а торцы при этом повреждаются. При закупке тип полировки указывают явно наравне с числом волокон и полярностью.

Разделение канала на несколько портов

Групповая природа скоростных интерфейсов даёт полезную возможность: один порт коммутатора можно разделить на несколько независимых портов меньшей скорости, поскольку потоки внутри него физически разделены.

Типовые варианты: порт 40 Гбит/с разделяется на четыре порта по 10 Гбит/с, порт 100 Гбит/с — на четыре по 25 Гбит/с, порт 400 Гбит/с — на четыре по 100 Гбит/с. Применяются кабели с групповым разъёмом на одном конце и четырьмя двухволоконными разъёмами либо четырьмя групповыми разъёмами на другом.

Это удобно при подключении серверов: один порт коммутатора обслуживает четыре сервера, и портовая ёмкость используется плотнее. Ограничения существенны и их стоит знать заранее. Разделение должно поддерживаться коммутатором и, как правило, настраивается с перезапуском порта. Разделённый порт обычно занимает ресурсы как группа, и соседние порты могут стать недоступны. Скорость после разделения фиксирована: порт 100 Гбит/с делится на четыре по 25, но не на два по 50 произвольным образом.

Кассеты и организация кроссов

Распространённая схема построения кабельной системы машинного зала выглядит так. Между кроссами прокладывается магистральный кабель с групповыми разъёмами на концах — одна прокладка вместо десятков отдельных линий. В кроссах устанавливаются кассеты, преобразующие групповой разъём в набор обычных двухволоконных портов. Оборудование подключается к кассетам привычными патч-кордами.

Преимущества: монтаж магистрали выполняется однократно и быстро, поскольку кабели поставляются заводской готовности; изменения выполняются перестановкой патч-кордов; при переходе на интерфейсы с групповыми разъёмами кассеты заменяются сквозными адаптерами без перекладки магистрали.

Платой является дополнительное соединение в линии, вносящее потери. При расчёте бюджета линии его учитывают наравне с остальными. Организация кроссов и патч-панелей разобрана подробнее в материале о патч-панелях и кроссах.

Как выбрать кабели и компоненты

1. Определите интерфейсы, которые будут работать по линии сейчас и через несколько лет. Число волокон и тип разъёма определяются именно интерфейсом.
2. Проверьте, планируется ли 400GBASE-SR8. Если да, кабельная система должна строиться на MPO-16, поскольку MPO-12 для него не подходит.
3. Выберите тип волокна по длине и скорости, опираясь на материал об оптоволокне OM3, OM4 и OS2.
4. Выберите метод полярности и зафиксируйте его в документации на всю кабельную систему. Смешение методов — основная причина неработающих линий.
5. Составьте схему соединений от модуля до модуля и расставьте штырьки так, чтобы в каждом соединении был ровно один разъём со штырьками.
6. Определите тип полировки: UPC для многомодовых линий, APC для одномодовых интерфейсов.
7. Решите, нужна ли схема с кассетами. Она удобна при большом числе изменений и при смешанном парке интерфейсов.
8. Если планируется разделение портов, проверьте его поддержку конкретной моделью коммутатора и то, какие соседние порты при этом становятся недоступны.
9. Заложите запас волокон в магистрали: доложить их в существующую трассу обычно невозможно.

Подобрать кабели, кассеты и адаптеры можно в разделе оптики; подберём комплект под схему вашей кабельной системы.

Типичные ошибки

Смешаны методы полярности. Линия собрана, разъёмы выглядят правильно, связи нет. Проверка требует прослеживания каждого волокна, поэтому метод фиксируют до начала монтажа.

Нарушено правило штырьков. Два разъёма без штырьков соединяются, но волокна не центрируются и потери недопустимы. Два разъёма со штырьками не соединяются вовсе, а при попытке повреждаются торцы.

Перепутаны UPC и APC. Соединение даёт большие потери и портит торцы обоих разъёмов.

Кабельная система на MPO-12 под будущий 400GBASE-SR8. Этому интерфейсу нужен MPO-16 с другой геометрией наконечника, и замена сводится к новой прокладке.

Торцы не очищены. На групповом разъёме загрязнение одного волокна выводит из строя один поток, и линия работает нестабильно вместо явного отказа. Для очистки нужен инструмент, предназначенный именно для групповых разъёмов.

Разделение порта не поддерживается коммутатором. Кабель куплен, а порт делить нельзя либо при делении отключаются соседние порты.

Что учесть при закупке

Партномера и параметры. В заказе указывайте число волокон, категорию волокна, метод полярности, наличие штырьков на каждом конце, тип полировки и длину. Отсутствие любого из параметров приводит к поставке несовместимого кабеля.

Длина. Кабели с групповыми разъёмами изготавливаются фиксированной длины и на месте не разделываются. Длину считают по фактической трассе с запасом на укладку и на организацию в лотках.

Комплектность. Адаптеры, кассеты, направляющие и заглушки считают отдельными позициями. Для кроссов уточняют совместимость кассет с конкретной моделью панели.

Инструмент для очистки. Средства очистки групповых разъёмов отличаются от средств для двухволоконных и приобретаются отдельно. Без них ввод линии в эксплуатацию затягивается.

Измерения при приёмке. Согласуйте протокол измерений по каждому волокну. Для групповых линий это требует специального адаптера к измерительному прибору.

Запас. Держите небольшой запас патч-кордов каждого применяемого типа: подобрать на месте кабель с нужным сочетанием полярности, штырьков и полировки обычно невозможно. Общий порядок подготовки закупки разобран в материале о планировании закупки.

Смотреть оптические модули и кабели в наличии →