مروری بر فیبر نوری
چکیده
در ابتدای این مقاله اصلیترین سوال مطرح شده پیرامون فیبرهای نوری یعنی چرایی استفاده از فیبر نوری مورد بسط قرار گرفته است. در ادامه ساختار فیبر نوری از نظر فیزیکی و همچنین انواع آن بر اساس قابلیت حمل تعداد خطوط نور مطرح گردیده است. اجزای تشکیل دهنده فیبر نوری تا حد مطلوبی با جزییات اشاره شده است و اهمیت وجود و همچنین عملکرد آنها ذکر شده است و همچنین بررسی فیبرهای نوری تک حالته و چند حالته نیز مطرح گردیده است تا بهترین موارد استفاده آنها برای کاربران واضح گردد. در انتها نیز هشدارهایی جهت استفاده صحیح از فیبرهای نوری مطرح شده است تا کمترین آسیب به کابل فیبر نوری در هنگام استفاده از آنها وارد گردد.
مقدمه
در راستای افزایش دانش مشتریان درباره پروتکل انتخابی شرکت ساعت در اکثر پروژههای خود در انتقال بین دستگاههای ذخیرهساز (FC SAN) و سرورها، فیبرهای نوری در این مقاله مورد بررسی قرار خواهد گرفت. FC SAN مخفف عبارت Fiber Channel Storage Area Network میباشد که اغلب آن را به صورت مخفف SAN مینامند. تقریباً تمام کابلکشی FC SAN فیبر نوری است. فیبر نوری دادهها را در شکل نور که به وسیله لیزرها یا LEDها تولید میشوند، انتقال میدهد. تمام کابلکشی فیبر نوری شامل دو جفت فیبر میشود (فرستنده (TX) و گیرنده (RX)) که به حالت دوطرفه کامل اجازه کار میدهد.
چرا فیبر نوری
تکنولوژی فیبر نوری در مقایسه با سایر تکنولوژیهای انتقال اطلاعات مثل کابلهای مسی (به عنوان رایجترین) بسیار جدیدتر است و همواره برای انتقال رویکرد استفاده از تکنولوژیهای گوناگون میبایست دلایلی منطقی مطرح گردد که در این بخش به طور مختصر اشاره خواهد شد.
قیمت ارزانتر در مقیاسهای بالا، اندازه فیزیکی نازکتر، تضعیف سیگنال ناچیز، عدم تداخل سیگنال، مصرف برق پایینتر و عدم نیاز به Repeater تا چندین کیلومتر، برقراری ارتباط در فاصلههای بالا، اعتماد پذیری و امکان عدم نفوذ به اطلاعات آن، سرعت بیشتر، پهنای باند بالا، امنیت بیشتر و عدم امکان برقراری انشعاب غیرمجاز.
ساختار فیبر نوری
کابلهای فیبر نوری به صورت دو مدل ساخته و روانه بازار میگردند:
- فیبر چند حالته (MMF۱)
- فیبر تک حالته (SMF۲)
فیبر چند حالته نورها را از لیزرهای موج کوتاه انتقال میدهد، در حالی که فیبر تک حالته نور را از لیزر موج بلند انتقال میدهد.
وقتی به کابلکشی SAN میرسیم، فیبر چند حالته گزینه نخست مرکز دادهها میباشد. این امر به دو دلیل زیر است:
- فیبر چند حالته از تک حالته ارزانتر است.
- فیبر چند حالته میتواند به راحتی دادهها را بر روی انواع فاصلههای رایج تا حتی بزرگترین و وسیعترین مرکز دادهها انتقال دهد.
فیبرهای تک حالته و لیزرهای وابسته با موج بلندشان گرانتر هستند و شرکتهای مخابراتی که نیازمند کابلهایی که طویلتر مثلاً صدها مایلی میباشد، استفاده میشوند.
عناصر تشکیل دهنده فیبرهای نوری
تمام کابلهای فیبری (چند حالته و تک حالته) از عناصر اصلی زیر ساخته شدهاند:
- هسته۳
- پوسته۴
- محافظ۵
هسته یک سیلندر شیشهای یا پلاستیکی بسیار کوچکی است که در مرکز کابل قرار دارد و نور را حمل میکند. اگر شما یک کابل فیبر تکه شده را دیده باشید و تصور کنید که هسته کابل را با چشم دیدهاید، آن چیزی که دیدهاید هسته نبوده است چون بسیار ریزتر از آن است که با چشم غیر مسلح دیده شود.
اطراف این هسته را پوسته احاطه کرده است. پوسته از هسته مراقبت میکند و این اطمینان را حاصل میکند که نور از هسته خارج نشود. جلد خارجی تمام کابلهای فیبری به عنوان محافظ ذکر میشود. محافظها معمولاً با رنگهایی بر اساس نوع فیبری که حمل میکنند کدگذاری میشوند که این رنگها در ادامه توضیح داده خواهد شد.
فیبر چند حالته
فیبر چند حالته یک قطر هسته نسبتاً بزرگ در مقایسه با طول موج نوری که حمل میکند دارد، و به الکترونیکها و لیزرها اجازه میدهد تا نور را با دقت کمتر و البته ارزانتر تولید کند. همانطور که داخل فیبر چند حالته میشود، میتواند در زاویههای کمی متفاوت وارد کابل شود، و در نتیجه در ارتجاعات امواج نوری در هسته/پوسته به راه خود در طول کابل ادامه میدهد.
به هر حال، در مسافتهای بالا، این پرتوهای نوری گسسته متقاطع، منتج به از دست رفتن بعضی از سیگنالها میشود که به آن تضعیف میگویند. هر چه کابل بلندتر باشد، تقاطع بیشتری از پرتوهای نور رخ میدهد، در نتیجه افزایش تضعیف را خواهیم داشت. پس فیبر چند حالته نمیتواند مسافتهای خیلی طویل را تحت پوشش قرار دهد.
فیبر چند حالته در دو گزینه هسته/پوسته ارائه میشوند:
- 5/125 µm
- 50/125 µm
اغلب به فیبرها به عنوان ۶۲.۵ میکرون و ۵۰ میکرون نیز اشاره میشود. ۶۲.۵ و ۵۰ به اندازه تقاطع ناحیهایِ هسته در میکرونها گفته میشود. یک هسته ۵۰ میکرونی به نور اجازه میدهد تا مؤثرتر و کاراتر از ۶۲.۵ میکرونی ارسال شود، بنابراین امروزه ۵۰ میکرونیها از ۶۲.۵ میکرونیها محبوبتر و معروفتر هستند.
اندازه هسته نسبتاً بزرگ کابلهای چند حالته (همانطور که قبلاً گفته شد بسیار بسیار ریز هستند، اما در مقایسه با تک حالته بزرگ میباشند) به این معنی است که آنها میتوانند با کیفیت کمی کمتر، و طراحی با دقت پایینتر به نسبت کابلهای تک حالته ساخته شوند. این امر آنها را ارزانتر از تک حالتیها میسازد.
فیبرهای چند حالته همچنین توسط یک نقش دهنده۶ چند حالته (OM۷) طبقهبندی شده است:
- OM1 (62.5/125)
- OM2 (50/125)
- OM3 (50/125)
- OM4 (50/125)
به عنوان قانون، رنگ محافظ OM1 و OM2 باید نارنجی باشد، در حالی که OM3 و OM4 باید آبی روشن باشند. به هر حال، بیشتر کابلهای فیبر نوری میتوانند در هر رنگی که شما میخواهید خریداری شوند، و بعضی افراد از نشانه گذاریهای رنگی برای مدیریت آسانتر مرکز داده خود استفاده میکنند. به عنوان مثال داشتن یک رنگ کابل برای یک مجموعه تجهیزات و رنگ دیگر کابل برای مجموعه تجهیزات دیگر. این امر باعث میشود تا کابلکشیهای انجام شده در بین مجموعههای تجهیزات دیگر ساماندهی شوند. به هر حال، گزینه دیگری برای ساماندهی کابلکشی میتواند کد کردن کابلها در اتصالهای کابلها باشد.
عموماً هر بار که سرعت FCP افزایش پیدا میکند، از قبیل ۴ گیگابایت بر ثانیه به ۸ گیگابایت بر ثانیه، یا ۸ به ۱۶، مسافت بیشینه تحت پوشش ارائه شده توسط نوع کابل کاهش پیدا میکند. جدول زیر فاصلههای حداکثری محافظت شده به وسیله انواع کابلهای چند حالته متفاوت در سرعتهای FCPهای متنوع را نمایش میدهد.
|
سرعت FC |
OM1 |
OM2 |
OM3 |
OM4 |
|---|---|---|---|---|
|
4 Gbps |
70 m |
150 m |
380 m |
400 m |
|
8 Gbps |
21 m |
50 m |
150 m |
190 m |
|
16 Gbps |
15 m |
35 m |
100 m |
125 m |
این جدول به تشخیص مناسبترین کابل بر اساس مسافت موجود کمک میکند. با اینکه در بیشتر موارد OM3 پیشنهاد میشود، میتوان با مطالعه این جدول از پرداخت بیشتر از نیاز در هزینههای تهیه کابلهای فیبر نوری اجتناب کرد. البته از سوی دیگر، استفاده از OM3 در بیشتر پروژهها میتواند ایده خوبی باشد، زیرا در آینده زیرساختهای شما را برای پیکربندیهایی شبیه اترنت ۴۰ گیگابایت و ۱۰۰ گیگابایت فراهم خواهد ساخت.
فیبر تک حالته
کابلهای تک حالته فقط یک پرتو نوری را حمل میکنند، و عموماً به وسیله لیزر موج بلند تولید میشوند. کابلهای فیبر تک حالته باریک، مرتبط با طول موج لیزر، هستند یعنی که تنها یک حالت ضبط میشود و بنابراین هنگامی که نور طول کابل را سفر میکند، دخالت یا انعکاس بیش از حد از مرز هسته/پوسته وجود نخواهد داشت. این امر باعث میشود تا فیبر تک حالته برای حمل نور در مسافتهای با مقیاس مایل به جای متر استفاده شود. کابلهای فیبر تک حالته همچنین از چند حالته گرانتر هستند.
اندازه هسته فیبر تک حالته معمولاً ۹ میکرون است اما کماکان اندازه پوسته ۱۲۵ میکرون میباشد. این ۹ میکرون هسته نیازمند دقت مهندسی شده بالایی است و همین دلیل باعث میشود که فیبر تک حالته از چند حالته گرانتر باشد. فیبر تک حالته در مقایسه با چند حالته در مرکز دادهها کمتر استفاده میشود و عموماً رنگ محافظ زرد دارد.
شعاع خَمِش
از آنجایی که کابلهای فیبری هسته شیشهای دارند، در هنگام خم کردن آنها باید مراقب بود زیرا این کابلها ارزان نیستند. خم شدن بیش از حد آنها منجر به شکسته شدن آنها میگردد. از اصطلاحات رایج درباره خم کردن کابلهای فیبر، شعاع خمش میباشد. کمترین شعاع خمش اندازهای است که میتوان کابل فیبر نوری را بدون اینکه آسیب جدی ببیند، خم کرد.
اگر کابل فیبر نوری خیلی سفت خم شود، احتمالاً یک پیچ و انحنای قابل رؤیت روی کابل باقی خواهد ماند که به تشخیص آسانتر شکستگی کابل کمک میکند. ضمناً حتی اگر کابل خم نشود و یا شیشه هسته شکسته نشود، با وارد کردن فشار زیادی به پوسته میتوان قابلیت انعکاس پذیری (توانمندی نگه داشتن نور در داخل هسته) کابل فیبر نوری را تضعیف کرد. در هر دو حالت، کابل آسیب دیده است و برای استفاده مجدد از آن مشکلاتی در پیش رو خواهد بود.
شعاع خمش کمینه توصیه شده برای کابل فیبرهای متفاوت بستگی به نوع فیبر دارد (OM1 با OM3، تک حالته با چند حالته و … فرق میکند). به عنوان یک قانون عمومی، هر چه شعاع خمش بیشتر باشد، بهتر است. یک قانون کلی در این رابطه وجود دارد که اگر شعاع خمش کمتر از ۳ اینچ نباشد، کابل کیفیت قابل قبولی خواهد داشت.
غبار
غبار بر روی انتهای متصل کننده کابل یا بر روی یک درگاه سوئیچ نوری میتواند منجر به اتصالاتی گردد که خطای زیادی به همراه دارد. به همین دلیل ایت که کابلهای فیبری جدید با یک درب پلاستیکی عرضه می شوند. (برای در امان ماندن از غبار). تعداد افرادی که به تمیز کردن مناسب کابلهای فیبر نوری قبل از استفاده از آنها آشنا باشند، محدود است و اغلب افراد از این مهم پیروی نمیکنند که تاکیداً توصیه میشود انتهای کابل فیبر نوری تمیز نگه داشته شود. نمیز کزدن اتصالات کابل فیبر باید به وسیله تجهیزات مناسب انجام گردد. انتهاب فیبر نوری نباید خیس شود و یا با مالیدن به لباس تمیز گردد! این کارها به فیبر نوری آسیب میرساند.
متصل کنندههای کابل فیبر نوری
بیشتر کابلهای فیبری با متصل کنندههای نری۸ ارائه میشوند که به آنها اجازه میدهد به راحتی داخل سوئیچ، HBA، و درگاههای استوریج قرار بگیرند (به این فرایند mating نیز گفته میشود). با این که متصل کنندههای فیبر گوناگونی در دسترس هستند، تنها کافی است تا با تعداد محدودی از آنها آشنا شوید زیرا در بازار متداولتر هستند.
SC و LC رایجترین متصل کنندهها هستند. SC مخفف Standard Connector و LC مخفف Lucent Connector میباشد. هر دو متصل کننده نری هستند. LCها نصف اندازه SCها هستند، و به همین دلیل آنها رایجتر هستند. متصلکنندههای LC و SC به دو صورت تک حالته و چند حالته در دسترس هستند.
جمعبندی
در بالاترین سطح ذخیره سازی اطلاعات در مراکز دادها، FC SAN یک تکنولوژی شبکه ذخیره سازی است که به منابع ذخیره ساز بلاکی اجازه به اشتراک گذاشته شدن دادهها بر روی شبکه کانال فیبر با سرعت بالا به صورت انحصاری را میدهد. در کنار تمام مزیتهای گفته شده از فیبر نوری، پروتکل کانال فیبر یک نگاشت از پروتکل SCSI۹ بر روی شبکههای کانال فیبر میباشد. در نتیجه، مجموعه دستورات غنی شده SCSI و بلاکهای داده در فریمهای FC خلاصه میشوند و تحت یک شبکه FC تحویل داده میشوند که یک مزیت بسیار مهم در بالاترین سطح ذخیره سازی اطلاعات است. در بین تمامی دستگاههای ذخیره ساز اطلاعات که برای انتقال اطلاعات خود از پروتکلهای SAS، SCSI و FC استفاده میکندد، میتوان با اطمینان پروتکل فیبر نوری را محبوبترین و رایجترین پروتکل دنیای فناوری اطلاعات خطاب کرد.
۱ Multi-Mode Fiber
۲ Single-Mode Fiber
۳ Core
۴ Cladding
۵ Jacket
۶ Designator
۷ Optical Multi-Mode
۸ Male
۹ Small Computer System Interface
نگارنده:
علیرضا فتحعلی بیگی