جدول المحتويات

شبكة 400G هي شبكة إيثرنت تعمل وصلاتها بسرعة 400 جيجابت في الثانية. وقد تمت الموافقة على معيار IEEE الذي تستند إليه، وهو IEEE Std 802.3bs-2017، في 6 ديسمبر 2017، وأضيفت تعديلات لاحقة لتوفير المزيد من الخيارات البصرية. واليوم، أصبحت وصلات 400G شائعة الاستخدام في طبقات العمود الفقري لمراكز البيانات، وفي مجموعات وحدات معالجة الرسومات (GPU) الخاصة بالذكاء الاصطناعي، وفي الربط البيني بين مراكز البيانات.
تقتصر معظم الأدلة المتعلقة بتقنية 400G على المحولات وأجهزة الإرسال والاستقبال. أما نحن فسنذهب إلى مستوى أعمق، حتى نصل إلى الألياف الضوئية نفسها. إذا كنت قد قررت بالفعل نشر تقنية 400G وتحتاج الآن إلى اختيار المكونات البصرية المناسبة، وكابلات وموصلات MPO أو LC، دون إهدار ميزانية الخسارة أو إطالة دورة التسليم، فإن هذا المقال مكتوب خصيصًا لك.
لوحة توصيل MPO LC من نوع Switch سعة 400 جرام

كيف تعمل شبكة إيثرنت 400G

لا يقوم المنفذ 400G بإرسال إشارة واحدة بسرعة 400 جيجابت في الثانية عبر خيط زجاجي واحد. بل يتم تقسيم البيانات إلى مسارات متوازية، ويتم تشفير كل مسار وحمايته بواسطة تقنية التصحيح الأمامي للأخطاء (FEC).

  • معدل الخط مقابل معدل البيانات. تبلغ سرعة MAC 400 جيجابت في الثانية. وبعد إضافة ترميز 256b/257b وتصحيح الأخطاء (FEC) بنظام ريد-سولومون RS(544,514)، تعمل إشارة 400GBASE-R بسرعة اسمية تبلغ 425 جيجابت في الثانية. وتعتبر الـ 25 جيجابت/ثانية الإضافية عبئًا إضافيًا، وليست عرض نطاق قابل للاستخدام.
  • الممرات. تستخدم الأنظمة البصرية المختلفة ذات السعة 400G مخططات مسارات مختلفة. فبعضها يستخدم ثمانية مسارات من نوع 50G PAM4، بينما يستخدم البعض الآخر أربعة مسارات من نوع 100G PAM4. ويتم نقل هذه المسارات إما عبر ألياف منفصلة (الأنظمة البصرية المتوازية) أو عبر أطوال موجية منفصلة في زوج واحد من الألياف (الأنظمة البصرية WDM).
  • PAM4. تستخدم الألياف الضوئية ذات المدى القصير 400G المتوفرة حاليًا تعديل PAM4، الذي ينقل بتين لكل رمز عبر أربعة مستويات للإشارة. وهذا يترك هامشًا أقل مقارنةً بنظام الإشارة القديم NRZ، لذا فإن نظام تصحيح الأخطاء (FEC) يعمل دائمًا. وهذا هو السبب أيضًا في أن وجود موصل متسخ بشكل زائد أو توصيل غير سليم يظهر بشكل أسرع عند سرعة 400G مقارنةً بسرعة 10G.

يُعتبر غلاف الوحدة خيارًا منفصلاً عن الواجهة البصرية. QSFP-DD و OSFP هما شكلا التصميم الرئيسيان لـ 400G، ويظهر QSFP112 في بعض محولات الشبكة الأحدث. ويمكن أن تتوفر نفس الواجهة الضوئية، مثل DR4 على سبيل المثال، في أكثر من شكل تصميم واحد. لذا، عند الطلب، يجب مطابقة ثلاثة عناصر: المحول أو حامل بطاقة الشبكة (NIC)، وشكل التصميم، والواجهة الضوئية.

أين تندرج تقنية 400G اليوم: 100G و400G و800G

تقع شبكة 400G بين الوصلات ذات السعة 100G التي لا تزال تربط العديد من الخوادم، والوصلات ذات السعة 800G التي بدأت تظهر الآن في مجموعات الذكاء الاصطناعي الجديدة.

  • العمود الفقري والتكتل. يتمثل أحد مسارات الترقية الشائعة في استخدام شبكة عمودية (spine) بسرعة 400G مع الاحتفاظ بالمحولات الطرفية (leaf) والخوادم الحالية التي تعمل بسرعة 100G، وذلك باستخدام توزيع الإشارات من 400G إلى 4×100G (سيتم تناوله أدناه).
  • مجموعات الذكاء الاصطناعي. في نظام NVIDIA DGX H100، تمر شبكة الحوسبة عبر ثمانية محولات ConnectX-7 بسرعة تصل إلى 400 جيجابت في الثانية لكل منها، ويتم توصيلها عبر أربعة منافذ OSFP. تحتوي محولات NVIDIA Quantum-2 InfiniBand وSpectrum-4 SN5600 على منفذين بسرعة 400 جيجابت في الثانية في كل قفص OSFP مزدوج المنفذ. وقد ظهرت الآن محولات بسرعة 800 جيجابت في الثانية مثل ConnectX-8، لكن قاعدة كبيرة من الأجهزة المثبتة لا تزال تعمل على منافذ 400G. يمكنك قراءة المزيد حول كيفية استخدام مجموعات وحدات معالجة الرسومات (GPU) لهذه الوصلات في دليل شبكات وحدة معالجة الرسومات (GPU).
  • ربط مراكز البيانات. 400ZR هي واجهة DWDM متسقة حددتها منظمة OIF للوصلات المُضخمة من نقطة إلى نقطة التي يصل طولها إلى 120 كم. وهي تقنية مختلفة عن الألياف البصرية قصيرة المدى التي نناقشها هنا، لذا يجب استبعادها من خطة الكابلات داخل المبنى.
400 غرام من منافذ MPO المتوازية مقابل منافذ WDM LC

أجهزة البصريات 400G والألياف الضوئية التي يحتاجها كل فرد

هذا هو القرار الذي سيحدد شكل شبكة الكابلات الخاصة بك، ولذلك قمنا بعرض واجهات IEEE 400G التي من المرجح أن تصادفها داخل مركز البيانات جنبًا إلى جنب.

واجهة 400Gمعيار IEEEالألياف البصرية ونطاق التغطيةالألياف والموصلاتأقصى خسارة إدخال للقناة
400GBASE-SR8802.3 سم (2020)OM3 70 م، OM4 100 م16 ليفًا، MPO1.8 ديسيبل (OM3)، 1.9 ديسيبل (OM4)
400GBASE-SR4.2802.3 سمOM3 70 م، OM4 100 م، OM5 150 م8 ألياف، MPO (ثنائي الاتجاه، 850/910 نانومتر)1.7 ديسيبل (OM3)، 1.8 ديسيبل (OM4)، 2.0 ديسيبل (OM5)
400GBASE-DR4802.3bs (2017)أحادي النمط، 500 متر8 ألياف، MPO3,0 ديسيبل
400GBASE-FR4802.3 قدم مكعب (2021)أحادي النمط، 2 كمLC مزدوج، 4 أطوال موجية CWDM4,0 ديسيبل
400GBASE-LR4-6802.3 قدم مكعبأحادي النمط، 6 كيلومتراتدوبلكس LC6.3 ديسيبل
المصدر: ملخصات اتحاد تكنولوجيا الألياف الضوئية (TIA) لتطبيقات معيار IEEE 802.3.
مقارنة بين موصلات الألياف البصرية 400 جرام

سنستخلص ثلاث نقاط من هذا الجدول:

  1. تستخدم البصريات المتوازية موصل MPO؛ بينما تستخدم البصريات WDM موصل LC مزدوج الاتجاه. تقوم SR8 وSR4.2 وDR4 بإرسال كل مسار عبر ألياف خاصة به، لذا فهي تحتاج إلى موصلات MPO/MTP. أما FR4 وLR4-6 فتجمع أربعة أطوال موجية في زوج واحد من الألياف، لذا يمكن استخدام كابل توصيل LC مزدوج قياسي.
  2. احسب الألياف، وليس الموصل فقط. يستخدم SR8 16 ليفًا، لذا فهو يحتاج إلى موصل MPO ذي 16 ليفًا (عادةً ما يكون MPO-16). ولن يعمل موصل MPO ذو 12 ليفًا. يستخدم كل من DR4 وSR4.2 ثمانية ألياف. في موصل MPO ذي 12 ليفًا، تكون أربعة ألياف للإرسال وأربعة ألياف للاستقبال نشطة، بينما تظل المواقع الأربعة الوسطى فارغة.
  3. عادةً ما تكون موصلات MPO أحادية النمط من نوع APC. تحدد وحدات DR4 بسرعة 400G من كبرى الشركات الموردة استخدام معيار MPO-12/APC. تذكر شركة سيسكو “MPO-12 SMF APC” في مواصفات وحدة QSFP-400G-DR4 الخاصة بها، بينما تستخدم المكونات البصرية DR4 من شركة NVIDIA واجهة طرفية بزاوية 8 درجات وفقًا لمعيار APC لتشتيت الانعكاسات الخلفية. يجب عدم توصيل موصلات APC وUPC معًا أبدًا؛ انظر دليل المقارنة بين APC و UPC.

للحصول على دليل عام حول مطابقة كابلات التوصيل مع منافذ أجهزة الإرسال والاستقبال، انظر كيفية اختيار كابلات الألياف البصرية للوحدات البصرية. للاطلاع على أساسيات MPO، اقرأ دليل موصلات MPO.

تطور شبكة 400G: ما الذي ينجح وما الذي لا ينجح

تتيح تقنية «Breakout» لمنفذ واحد بسرعة 400G تزويد عدة منافذ ذات سرعات أقل بالخدمة. وهي إحدى الميزات الأكثر فائدة في تقنية 400G، كما أنها أحد أكثر مصادر المشاكل شيوعًا.

ما الذي ينجح. يحتوي منفذ DR4 على أربعة مسارات مستقلة بسرعة 100 جيجابت عبر أربعة أزواج من الألياف الضوئية، مما يتيح تقسيمه إلى أربعة وصلات ذات طول موجي واحد بسرعة 100 جيجابت. على سبيل المثال، تذكر شركة سيسكو أن منتجها QSFP-400G-DR4 يدعم “4x100G-DR1/FR1 و2x200G-DR2 breakout”. يمكن توصيله باستخدام كابل MPO-12/APC إلى أربعة كابلات توزيع LC مزدوجة الاتجاه، أو توصيل خط رئيسي MPO بلوحة توصيل تتفرع إلى منافذ LC.

ما الذي لا يعمل.

  • لا يمكن كسر تشفير FR4 وLR4 بطريقة سلبية. تتشارك مساراتها الأربعة زوجًا واحدًا من الألياف الضوئية على أطوال موجية مختلفة، لذا لا يوجد ما يمكن تقسيمه باستخدام كابل توزيع.
  • مسارات DR4 لا تتوافق مع 100G-LR4. كما تقوم الوحدة البصرية 100G-LR4 بتعدد إرسال أربعة أطوال موجية عبر زوج واحد. وهي ليست الواجهة ذات الطول الموجي الواحد 100G التي يتوقعها مسار DR4. احرص على مطابقة الطرف البعيد مع الوحدات البصرية من فئة DR1/FR1/LR1 التي يدعمها مورد جهاز التبديل الخاص بك.
  • "Breakout" هو إعداد للميناء وكابل في الوقت نفسه. يجب تهيئة منفذ المحول ليعمل في وضع «الانفصال». إذا لم يتم تفعيل سوى واثنين من الوصلات الأربعة ذات السعة 100G، فتحقق أولاً من وضع المنفذ. ثم تحقق من كل زوج من الألياف بالترتيب للتأكد من عدم وجود عيوب في القطبية أو اتساخ في السطح الطرفي أو تلف في الألياف.

حافظ على نظافته. سرعان ما يصبح الرف المليء بأسلاك التوصيل الفاصلة فوضويًا. اختر أطوالًا للأسلاك تتناسب مع الرف بدلاً من الاعتماد على طول واحد افتراضي. إذا كان لديك عدد كبير من التوصيلات الفاصلة، ففكر في مد كابلات MPO إلى لوحة التوصيل وتوصيل الجانب LC محليًّا. كل زوج موصول إضافي يستهلك جزءًا من ميزانية الخسارة، لذا قم بالتخطيط على الورق أولاً.

على سبيل المثال، نحن نوفر كابل تفرع من MPO-8 إلى 4×LC، أحادي النمط، من APC إلى UPC.

400 غرام من لوحة «breakout-dr4» مقابل لوحة «fr4»

قائمة مراجعة للطبقة المادية قبل تفعيل شبكة 400G

بناءً على خبرتنا، فإن معظم مشكلات الوصلات ذات السعة 400G في المنشآت الجديدة تنشأ من الطبقة السلبية. يرجى مراجعة هذه النقاط قبل تشغيل الوحدات الضوئية.

  1. عدد الألياف وحجم MPO. قم بمطابقة واجهات الألياف ذات 8 ألياف (DR4، SR4.2) وواجهات الألياف ذات 16 ليفًا (SR8، وواجهات 800G المذكورة أدناه) مع موصل MPO المناسب. تذكر أن عبارة “MPO-12” في وصلة DR4 تعني ثمانية ألياف نشطة.
  2. نوع الألياف والوجه الطرفي. استخدم كابل OS2 أحادي النمط مع تكنولوجيا APC لـ DR4، وكابلات OM3/OM4/OM5 متعددة النمط لـ SR8 وSR4.2، وكابل LC أحادي النمط مزدوج الاتجاه لـ FR4/LR4-6. تجنب الخلط بين تكنولوجيتي APC وUPC في أي جزء من القناة.
  3. مثبت مقابل غير مثبت. تتصل موصلات MPO بحيث يتم توصيل موصل ذي دبوس واحد (ذكر) بموصل بلا دبابيس (أنثى). وعادةً ما تحتوي منافذ أجهزة الإرسال والاستقبال على دبابيس، لذا يجب أن تكون أطراف كابلات التوصيل التي يتم توصيلها بها خالية من الدبابيس. تحقق من ذلك لكل خط رئيسي ومحول وكابل توصيل.
  4. طريقة القطبية. تحدد معيار TIA ثلاث طرق لتحديد القطبية: A وB وC. وهذه الطرق غير متوافقة فيما بينها. اختر طريقة واحدة للقناة بأكملها وتأكد من أن خطوط التوصيل والمحولات وكابلات التوصيل تتبعها جميعًا.
  5. ميزانية الخسائر. الحدود التي تضعها IEEE صارمة. تسمح قناة DR4 بفقدان إجمالي يبلغ 3.0 ديسيبل، يُخصص منها 2.75 ديسيبل للوصلات والوصلات البصرية. أما قناة SR8 عبر كابل OM4، فلا تسمح سوى بفقدان يبلغ 1.9 ديسيبل للقناة بأكملها. تضيف كل لوحة توصيل أزواجًا متصلة، ولهذا السبب تُعد كابلات MPO/MTP منخفضة الخسارة مهمة في الكابلات المنظمة بسرعة 400G. احسب إجمالي التوصيلات المخطط لها مقارنةً بحد القناة قبل تقديم طلب الشراء.
  6. افحصها ونظفها. تحدد المواصفة القياسية IEC 61300-3-35 طريقة فحص الأوجه الطرفية للكشف عن التلوث والعيوب. قم بالفحص، ثم قم بالتنظيف إذا لزم الأمر، ثم أعد الفحص مرة أخرى. وتشير المواصفة أيضًا إلى أن الفحص البصري لا يحل محل قياس خسارة الإدخال وخسارة العودة، لذا يجب اختبار الوصلة أيضًا.
  7. ضع ملصقات على كل شيء. قم بوضع علامات على طرفي كل جذع وفرع فرعي، مع تحديد المنفذ وعدد الألياف والقطبية. سيشكرك الشخص التالي الذي سيضطر إلى إصلاح عطل في مسار ما في الساعة 2 صباحًا.

للاطلاع على دليل الطلب خطوة بخطوة، انظر كيفية تحديد كابلات التوصيل من نوع MPO/MTP.

تخطيط شبكة الكابلات ذات السعة 400G استعدادًا لـ 800G

قليلٌ هي الفرق التي تقوم بتركيب شبكات 400G دون أن تستفسر منا عن شبكات 800G. والجواب يعتمد على المسار الذي ستسلكه الألياف الضوئية الخاصة بشبكات 800G.

  • يمكن ترحيل MPO-12/APC. يُعد جهاز الإرسال والاستقبال OSFP ثنائي المنفذ بسرعة 800G من NVIDIA المخصص للمحولات بمثابة محركين من طراز 400G DR4 في وحدة واحدة، مزودًا بموصلين من نوع MPO-12/APC. كما تستخدم مكونات ConnectX-8 800G DR4 البصرية موصلات MPO-12/APC، مع أربعة مسارات بسرعة 200G. وبالتالي، يمكن لشبكة أحادية النمط من نوع MPO-12/APC جيدة التصميم أن تخدم هذه الأجزاء. تحقق أولاً من مواصفات المدى والخسارة الخاصة بالوحدة، لأن معدلات المسارات الأعلى قد تأتي مع حدود مختلفة.
  • تتطلب واجهات الـ 16 ليفًا 16 ليفًا. IEEE 802.3df (2024) يُعرّف 800GBASE-DR8 على أنه 16 ليفًا أحادي النمط لمسافة تصل إلى 500 متر (قناة 3.0 ديسيبل) و800GBASE-SR8 على أنه 16 ليفًا متعدد النمط لمسافة تصل إلى 100 متر على OM4 (قناة 1.8 ديسيبل). إذا كانت خطوطك الرئيسية لا تحمل سوى ثماني ألياف قابلة للاستخدام لكل وصلة، فستحتاج هذه الواجهات إلى كابلات جديدة.
  • ماذا نفعل الآن؟. اختر عدد ألياف الخطوط الرئيسية بحيث يتيح مجالًا للتوسع، واستمر في استخدام ألياف OS2 أحادية النمط لأي شيء يتجاوز صفًا واحدًا، وقم بتوحيد طريقة قطبية واحدة، واحتفظ بسجل لفقدان الإشارة المقاس في الوصلات. سيُعلمك هذا السجل ما إذا كانت ترقية 800G ستسمح بإعادة استخدام البنية التحتية الحالية أم أنها ستتطلب كابلات جديدة.

توفير حلول الاتصال السلبية بسرعة 400G من شركة YingFeng

تتمتع شركة «YingFeng» بخبرة تزيد عن 25 عامًا في مجال تصنيع الألياف الضوئية، حيث تعود جذورها في هذا المجال إلى عام 1982، ولديها قاعدتان تصنيعيتان في نينغبو ودونغقوان. وبالنسبة لمشاريع 400G و800G، فإننا نوفر:

نقدم خدمة تصنيع المعدات الأصلية (OEM) وتصنيع التصميم الأصلي (ODM)، كما تتوفر العينات عند الطلب. أرسل إلينا طرازات أجهزة الإرسال والاستقبال الخاصة بك وعدد المنافذ، وسنقترح عليك كابل توصيل مناسب وقائمة التوصيلات الفرعية.

الأسئلة الشائعة

ما هي شبكة إيثرنت بسرعة 400 جيجابت في الثانية؟

شبكة إيثرنت بسرعة 400 جيجابت في الثانية (400GbE) هي معيار سرعة إيثرنت الصادر عن معهد IEEE الذي يبلغ 400 جيجابت في الثانية، وقد تم توحيده لأول مرة في معيار IEEE 802.3bs-2017. وهي تنقل البيانات عبر 4 أو 8 مسارات PAM4، عبر ألياف متعددة الأوضاع أو أحادية الوضع، اعتمادًا على نوع الألياف الضوئية.

كلاهما. تعمل كل من SR8 وSR4.2 على ألياف متعددة الأوضاع من نوع OM3/OM4/OM5 لمسافات تصل إلى 70–150 مترًا. أما DR4 وFR4 وLR4-6 فتعمل على ألياف أحادية الوضع لمسافات تبلغ 500 متر و2 كيلومتر و6 كيلومترات على التوالي.

يستخدم DR4 موصل MPO مزودًا بثمانية ألياف نشطة أحادية النمط، وعادةً ما يكون من النوع MPO-12/APC.

نعم، إذا كان المنفذ من نوع DR4 وكان المحول يدعم وضع التوزيع (breakout mode). ترتبط كل مسار بصمام ضوئي 100G أحادي الطول الموجي مثل DR1 أو FR1. ولا يمكن توزيع الصمامات الضوئية من نوع FR4 وLR4 باستخدام كابلات سلبية.

بدأت تقنية 800G في الظهور في مجموعات جديدة من أنظمة الذكاء الاصطناعي، لكن منافذ 400G لا تزال مستخدمة على نطاق واسع. لا تزال معظم معدات 800G تنقسم إلى 2×400G. غالبًا ما يمكن استخدام الكابلات المبنية على MPO-12/APC أحادي النمط، بينما تحتاج الواجهات ذات الـ16 ليفًا مثل 800GBASE-DR8 إلى وصلات ذات 16 ليفًا.

المراجع الخارجية