Topologies de virtualisation et câblage
Les fournisseurs de commutateurs Ethernet proposent une mine d'informations sur la conception de réseaux pour les services virtualisés. Quelle que soit la topologie choisie, trois caractéristiques relatives à l'infrastructure de connectivité seront communes :
• Le câblage va changer.
• Le câblage aura une durée de vie supérieure à celle de nombreux équipements informatiques, de stockage et de connexion réseau.
• Les défaillances du câblage réseau des centres de données peuvent affecter même les services virtualisés.
Étant donné que les services virtualisés nécessitent une refonte de la connectivité des centres de données, il est utile de reconnaître les catégories de câbles créées par les topologies End-of-Row et Top-of-Rack.Actuellement, certaines liaisons entre périphériques et commutateurs peuvent se contenter d'un débit de 1 Gigabit, mais les nombreux avantages des débits supérieurs justifient pleinement l'investissement dans une infrastructure adaptée aux besoins futurs. Heureusement, il existe de nombreuses solutions pour prendre en charge le trafic 10 Gigabit. Le tableau 2 présente les solutions 10 Gigabit les plus courantes.
• Twinax : Câble blindé initialement utilisé pour le stockage InfiniBand, le Twinax prend en charge des débits binaires élevés sur des distances relativement courtes. Les câbles Twinax deviennent onéreux pour les installations longues et sont moins flexibles que les câbles en cuivre à paires torsadées. Le câble Twinax SFP+ est terminé par des modules SFP+ compacts au lieu des volumineux connecteurs CX4.
• Paire torsadée non blindée de catégorie 6 : L’IEEE a approuvé la norme 10GBASE-T en 2006 pour le débit de 10 Gbit/s sur câble à paires torsadées, y compris les liaisons UTP de catégorie 6 plus courtes. La norme 10GBASE-T étend la standardisation et réduit le coût de l’UTP jusqu’à 10 Gbit/s. Elle est rétrocompatible avec la catégorie 5e/100 Mbit/s et prend en charge toutes les fonctionnalités Ethernet. Les cordons de brassage de catégorie 6 pour les applications en rack peuvent être achetés pré-terminés ou terminés sur site. Le câble de catégorie 6 monté en rack est terminé sur site.
Paire torsadée non blindée de catégorie 6A : La mise à niveau vers la catégorie 6 a été officiellement reconnue en 2008 par la norme TIA 568-B.2-10, qui spécifie les performances des câbles jusqu'à 500 MHz et définit les exigences en matière de diaphonie exogène. Les câbles de catégorie 6A sont plus épais et plus chers que ceux de catégorie 6, mais ils prennent en charge un trafic de 10 Gigabits jusqu'à 100 mètres. Certains câbles de catégorie 6A sont blindés autour de chaque paire de fils pour limiter les interférences de diaphonie exogène. Les cordons de brassage de catégorie 6A peuvent être achetés pré-terminés pour un raccordement sur site. Pour les applications de raccordement rack à rack ou en centre de données, le raccordement des câbles de catégorie 6A est effectué sur site.
• Câble à paires torsadées blindées de catégorie 7 : Bien que plus précisément appelée « classe F » conformément à la norme ISO/IEC 11801, la catégorie 7 (paire torsadée blindée) est antérieure à la catégorie 6A et a été spécifiquement conçue pour les applications à haut débit. La catégorie 7 atténue les interférences de diaphonie grâce à un blindage métallique autour de chaque paire de fils et au blindage de l’ensemble du câble. Le câble de catégorie 7 est la solution en cuivre à paires torsadées la plus onéreuse et nécessite une étape d’installation supplémentaire pour le raccordement du blindage. L’immunité au bruit inhérente au blindage de la catégorie 7 offre de meilleures performances que le câble UTP et, en théorie, une meilleure pérennité. Les câbles de catégorie 7 n’utilisent pas de connecteurs RJ-45 standard ; leur raccordement doit donc être effectué sur site.
• 10GBASE-SR : Cette fibre optique est couramment utilisée dans les centres de données lorsqu'elle est associée à des émetteurs-récepteurs multimodes de 850 nm. Le déploiement du 10GBASE-SR peut se faire à l'aide de modules SFP+, ce qui permet un gain de place et une réduction de la consommation électrique des connecteurs. La distance maximale du 10GBASE-SR dépend de la fibre utilisée. Les fibres OM1 et OM2 prennent en charge un débit de 10 gigabits jusqu'à 80 mètres. Le câble OM3, plus récent, prend en charge un débit de 10 gigabits jusqu'à 300 mètres.
• 10GBASE-LRM : La technologie LRM a été conçue pour le trafic 10 Gigabits utilisant des lasers de 1 310 nm sur fibre multimode pour les longues distances. La norme IEEE 802.3aq a été approuvée en 2006. Les câbles sont en fibre duplex FDDI avec connecteurs SC ou LC. Les cordons de brassage peuvent être achetés avec les connecteurs déjà installés, ou ces derniers peuvent être épissés sur site. Pour les installations longue distance, les fibres sont épissées avec les connecteurs sur site.
• 10GBASE-LR : La technologie LR est la plus courante et utilise la fibre monomode. Les câbles sont en fibre duplex avec connecteurs SC ou LC. La distance et le coût étant directement liés, les modules 10GBASE-LR sont très onéreux. Les nombreuses alternatives plus récentes rendent la technologie 10GBASE-LR moins intéressante pour les centres de données virtualisés, mais elle reste une option viable pour les réseaux de campus.
L'essor du 10GBASE-T :
Bien que la norme 10GBASE-T ait été ratifiée en 2006, son adoption par le marché a été retardée par des problèmes de densité, de dissipation thermique et de consommation d'énergie qui ont freiné son intégration dans les commutateurs et les cartes d'interface réseau. Cependant, les progrès récents dans le domaine des semi-conducteurs ont permis de résoudre ces problèmes, et le déploiement du 10GBASE-T s'accélère rapidement.
Broadcom, leader du marché des circuits physiques (PHY), des cartes réseau (NIC) et des commutateurs, a commencé à fournir des solutions 10GBASE-T fin 2008. Aujourd'hui, la quasi-totalité des fournisseurs Ethernet proposent un produit compatible 10GBASE-T, notamment Cisco® Systems, qui a annoncé la prise en charge de cette norme en janvier 2010. Les fabricants de serveurs devraient prochainement adopter les interfaces de carte mère 10GBASE-T.
Fonctionnant sur cuivre CAT6/6A/7, le 10GBASE-T peut être utilisé dans des applications intra-rack, inter-racks et inter-centres de données. Le 10GBASE-T présente la particularité de fonctionner aussi bien en topologie ToR (Top-of-Rack) qu'en topologie EoR (End-of-Rack). Il prend en charge la négociation automatique du débit, permettant une migration progressive vers des vitesses de 10 Gigabit. Bien que le 10GBASE-T n'ait pas encore remplacé le 1GBASE-T comme norme de connectivité réseau pour les centres de données, son rapport coût-efficacité et sa flexibilité en font un successeur potentiel.
Garantie de succès : le modèle de référence pour les tests de câblage et la certification.
La topologie et le coût sont les principaux facteurs déterminants de la connectivité, mais toute option requiert une infrastructure de câblage fiable. Bien que le câble soit une technologie passive et que les fournisseurs offrent des garanties, il convient de garder à l’esprit que :
• Les garanties expirent.
• La garantie du fabricant ne couvre généralement pas la main-d'œuvre d'installation.
• Toute défaillance de câble peut entraîner des interruptions de service.
• Réparer un problème coûte toujours plus cher que de le prévenir.
Pour garantir la bonne fourniture des services virtualisés, l'infrastructure de câblage doit être soumise à des tests de certification. La certification est une évaluation rigoureuse des connecteurs, de l'installation et des câbles, réalisée avant la mise en service du réseau. Les résultats des tests de certification sont comparés aux normes du secteur, ce qui permet d'attribuer la mention « Réussi » ou « Échec » à chaque liaison. Une liaison certifiée répond aux spécifications de performance définies. Les liaisons non certifiées sont réparées, généralement aux frais du fournisseur ou de l'installateur du réseau.
La certification porte généralement sur le câblage structuré, mais si une topologie Top-of-Rack est utilisée, elle peut inclure les cordons de brassage utilisés pour les câbles à l'intérieur de la baie.
Certification du cuivre
• Twinax : Il n’existe aucune norme de test pour les câbles Twinax, qui ne peuvent donc pas faire l’objet d’une certification officielle.
Les utilisateurs de réseaux n’ont d’autre choix que de se fier à la garantie du fabricant ou de considérer les câbles Twinax comme des produits jetables.
• Paire torsadée non blindée (UTP) : La certification Cat 6/6AUTP s’effectue en deux phases de test : test de canal et test de diaphonie exogène (ATX). Tous les câbles UTP, pour les applications intra-baie, inter-baies et inter-centres de données, doivent subir un test de canal. Ce test certifie treize paramètres définis par les normes TIA/EIA-568-B et ISO 11801.
Les câbles UTP utilisés pour les liaisons inter-baies et inter-centres de données doivent également subir un test de diaphonie exogène. Il s’agit d’un test d’échantillonnage ; les normes ISO/IEC recommandent un taux de test de 1 % ou 5 % des liaisons, la valeur la plus élevée étant retenue. Le test de diaphonie exogène garantit que le couplage croisé n’affecte pas les performances du réseau. Les câblages Cat 6 existants, d’une longueur maximale de 50 mètres, peuvent être recertifiés pour 10GBASE-T selon les critères définis dans le bulletin TSI 155 de la TIA.
• Paire torsadée blindée : La certification Cat 7 (également appelée Classe F) est un test de canal.
La norme ISO 11801 spécifie les limites des paramètres et la plage de fréquences de ce test. Le câble Cat 7 n'utilisant pas de connecteurs RJ-45, le testeur de câbles doit être équipé d'un adaptateur compatible avec le connecteur spécifique de chaque fournisseur.
La configuration pour la certification des liaisons cuivre est illustrée à la figure 6. Un testeur de certification et son unité distante sont connectés aux deux extrémités de la liaison pour réaliser l'ensemble du processus de certification.
Il est essentiel de documenter les résultats du test. Un rapport complet, précis et facile à comprendre permet de démontrer que l'infrastructure est conforme aux normes et spécifications prescrites par la direction du centre de données.
Un exemple de rapport de test de certification Cat 6A, présentant les performances de la liaison pour chaque paramètre testé, est illustré ci-dessus.
Certification de la fibre optique.
La certification de base ou de niveau 1 consiste en un test de perte/longueur réalisé à l'aide d'un système de test de perte optique (OLTS). L'OLTS mesure la perte dans la liaison fibre et la compare à un seuil de perte basé sur la longueur et la bande passante, défini par la norme applicable, telle que la TIA-568-C.0, Câblage générique de télécommunications pour les locaux du client. À partir de ces mesures, l'OLTS affiche un résultat « Réussi » ou « Échec » pour la liaison. Ce test est utilisé pour les fibres multimodes et monomodes.
Un rapport de résultats détaillé est essentiel pour la certification de la fibre, tout comme pour le cuivre. La figure 9 en donne un exemple.
Si une liaison fibre optique échoue au test de niveau 1, un réflectomètre optique temporel (OTDR) doit être utilisé pour identifier les zones problématiques. L'OTDR est un instrument de test et de dépannage unilatéral qui effectue une évaluation détaillée de chaque composant d'une liaison fibre optique. Il émet des impulsions lumineuses dans la fibre et mesure la lumière réfléchie. En fonction de l'intensité relative des impulsions de retour, l'affaiblissement est calculé en fonction de la longueur de la fibre. Ceci permet de localiser les connecteurs et les défauts, de mesurer les pertes et de déterminer la longueur de la liaison.
Un réflectomètre optique (OTDR) est un outil performant pour certifier la fibre optique avant utilisation. Il permet de mesurer les pertes à chaque connecteur et le long de chaque segment de câble. La figure 10 présente un tracé OTDR évaluant la fibre testée.
Le résultat « Conforme » indique que cette liaison fibre optique répond aux normes spécifiées. Comme mentionné précédemment, les tracés OTDR sont essentiels pour documenter la qualité de l'installation et résoudre les problèmes de fibre en cas d'échec de la certification de perte ou de longueur.
Conclusion :
La virtualisation croissante engendre des changements fondamentaux dans les réseaux des centres de données, changements inévitables et souvent souhaitables. Afin de garantir une bande passante fiable aux ressources virtualisées et aux utilisateurs finaux, l’Ethernet 10 Gigabits sera déployé dans le centre de données virtualisé. Son utilisation est essentielle car elle permet de préparer le réseau du centre de données aux évolutions futures tout en répondant au besoin immédiat de compatibilité avec les serveurs et services virtualisés.
L'Ethernet 10 Gigabit peut être déployé à l'aide de diverses options de câblage cuivre et fibre optique. La norme 10GBASE-T et la nouvelle puce 10GBASE-T permettent des déploiements Ethernet 10 Gigabit économiques au sein des datacenters virtualisés. Quelle que soit la technologie de couche 1 choisie, la transition vers l'Ethernet 10 Gigabit exige une vision à long terme, une planification détaillée et une méthodologie de test et de dépannage.
Fluke Networks certifie les installations de câblage cuivre et fibre optique 10 GbE avec la gamme de technologies de réseau de centres de données de pointe de Broadcom.
Biographies des auteurs
- David Veneski est directeur de l'unité commerciale Installation de communications de données chez Fluke Networks. Il est responsable de la gestion et du marketing des produits pour toutes les solutions de certification cuivre et fibre optique destinées aux réseaux d'entreprise. Auparavant, il a occupé des postes de direction marketing chez Cisco Systems, Apple® Computer et Motorola®. David est titulaire d'une licence de l'Institut polytechnique Rensselaer et d'un master de l'Université du Connecticut.
- Abhijit Aswath est chef de produit senior chez Broadcom Corporation. Il est responsable de la gestion et du marketing des logiciels de contrôleurs de réseaux haut débit. Il possède une vaste expérience dans les secteurs du stockage, des serveurs et des semi-conducteurs. Abhijit est titulaire d'une licence en réseaux informatiques et d'un master en administration des affaires de l'Université d'État de Caroline du Nord.
Auteurs : David Veneski, directeur de l’unité commerciale d’installation des communications de données chez Fluke Networks ;
et Abhijit Aswath, chef de produit senior chez Broadcom Corporation
