スイッチの役割とトポロジー:各光モジュールの配置先
同じ 100G モジュールでも、1つのラック内では安価な DAC、部屋をまたげば SR4、建物間なら LR4、都市間なら DWDM チャネルになります。どれになるかを決めるのは、ネットワーク内でのスイッチの役割と、その周りのトポロジーです。このページでは、古典的なキャンパスの階層構成とデータセンターのリーフ・スパインを、それぞれが意味する光モジュール、距離、数量に対応づけます。これにより、設計から部品表を読み取れるようになります。
キャンパス:アクセス、ディストリビューション、コア
| 階層 | 役割 | 典型的なポート | ダウンリンク | アップリンクと光モジュール |
|---|---|---|---|---|
| アクセス | エンドデバイスを接続する | 24–48 × RJ45(1G/mGig、PoE)+ 2–4 の SFP+/SFP28 アップリンク | 銅線 | 10G/25G SR(建物内 MMF)、LR(建物間)、まれに 1G LX |
| ディストリビューション/集約 | 建物やフロア群ごとにアクセススイッチを集約する | 24–48 × SFP+/SFP28、4–8 × QSFP28 | 10G/25G SR/LR | コアまで 40G/100G SR4/LR4。光ファイバーが乏しい場合は CWDM/DWDM |
| コア | ディストリビューションを相互接続し、ルーティングする | QSFP28/QSFP-DD | 100G/400G | サイト間は LR4/FR4/ER4。借用光ファイバー上ではCWDMまたはDWDM |
| 統合コア | 小規模サイト:ディストリビューションとコアを1台に統合 | 混在 | — | — |
キャンパスでの距離は数メートルから数キロメートルです。建物内は OM3/OM4 上の SR、建物間はシングルモード上の LR/LX です。伝送距離クラスの一覧は PMD リファレンスにあります。
データセンター:リーフ・スパイン(Clos)
| 役割 | 別名 | ポート | ダウンリンク | アップリンク |
|---|---|---|---|---|
| リーフ | ToR(ラック上部)、アクセス | 48 × SFP28/SFP56 + 8 × QSFP28/QSFP-DD、または 32 × QSFP-DD | サーバー:25G/50G/100G。ラック内は DAC(3 m 以下)、隣接ラックへは AOC/SR | 各スパインへ:100G/400G の SR4/DR4/AOC(100 m 以下) |
| スパイン | 集約、ファブリック | 32–64 × QSFP28/QSFP-DD/OSFP | リーフ | スーパースパインまたはボーダーへ:DR4/FR4(500 m–2 km) |
| スーパースパイン/コア | pod 間の相互接続 | 高 radix の 400G/800G | スパイン | キャンパス内は DR/FR。DCI 用に ZR/ZR+(コヒーレント) |
| ボーダーリーフ | WAN/インターネットへのエッジ | 混在 | — | キャリアへ LR/ER/CWDM/DWDM |
| 管理 | アウトオブバンド | 1G RJ45/SFP | BMC、コンソール | OOB コアへ 1G/10G LR |
経験則として、リーフ・スパインのリンクはすべて同じ速度と FEC です。オーバーサブスクリプション (ダウンリンク容量 ÷ アップリンク容量)は、汎用コンピュートでは 3:1 が一般的、AI とストレージでは 1:1 です(GPU ファブリック)。
レール最適化 AI ファブリック
GPU ノードは、それぞれの NIC を別々のリーフに接続します。そのため、ほとんどのサーバーリンクがラックの外に出ることになり、DAC の代わりに AOC や光モジュールを使います。GPU あたりのケーブル本数は階層ごとに1本です(AI クラスターの配線)。
ストレージと SAN
Fibre Channel スイッチは、独自のファブリック(edge–core または core–edge–core)を構成し、室内は 16/32/64GFC の SW 光モジュール、室間は LW を使います。Ethernet ストレージは、ロスレスクラスを使ってリーフ・スパインに乗ります(SAN 設計、 ロスレス Ethernet)。
距離 → 光モジュール
| 区間 | 距離 | 媒体 | 光モジュール |
|---|---|---|---|
| サーバーから ToR | 3 m 以下 | 銅線 | DAC(ケーブル内部) |
| サーバーから end-of-row リーフ | 3–30 m | AOC または MMF | AOC、SR |
| リーフからスパイン、同一ホール内 | 10–100 m | OM4 または SMF | SR4/SR8、DR4/DR8 |
| ホール間/建物間 | 100 m – 2 km | SMF | DR、FR4、LR/LX |
| キャンパス/メトロ | 2–40 km | SMF | LR、ER、CWDM、4WDM |
| リージョナル DCI | 40–120 km | SMF、増幅あり | ZR/ZR+、DWDM トランスポンダー |
| 長距離 | > 120 km | SMF、増幅あり | DWDM ライン系装置(ネットワーク設計と OTN) |
光ファイバーが乏しい経路では、CWDM や DWDM を使って 1心あたりの容量を増やします。心が1本しかない場合はシングルファイバー BiDi を使います。
設計から光モジュールの数量を数える
例:16ラックの pod が1つ、ラックあたり32台のサーバー、サーバーあたり 2 × 25G、スパイン4台。
| 項目 | 数量 |
|---|---|
| サーバーリンク(2 × 25G × 32 × 16) | 1 024 DAC |
| リーフアップリンク(16 リーフ × 4 スパイン × 2 × 100G) | 128 リンク → 256 QSFP28 SR4/DR4 + 128 MPO トランク |
| スパインからスーパースパイン(4 スパイン × 8 × 100G) | 32 リンク → 64 モジュール |
| ボーダー + OOB | LR モジュール 8–16、1G が 48 |
| 予備品(5 %) | 約20 |
デュアルプレーン設計の場合は、2つ目のファブリックの分だけ2倍にします。
役割とポリシー
役割はまた、プラットフォームが光モジュールにどれだけ厳格かも左右します。キャリアや SAN の機器は OEM ブランドを強制する傾向があり、マーチャントシリコンを使うデータセンターのリーフ・スパインは寛容なことが多く、キャンパスアクセスはベンダーによってまちまちです(各 NOS がモジュールを検証する方法、 ベンダーロック)。
CodingBox では
役割に基づく部品表は、PMD と型番のリストです。CodingBox は、納品された各モジュールをこれと照合し(種別、伝送距離、波長、PN)、設計で OEM 互換モジュールが求められている場合には識別情報をコーディングします(Check transceiver、 Code database)。
設計を発注と稼働中のラックに変える方法。選定基準、光モジュールの部品表、コミッショニングチェックリスト、受入試験は選定とコミッショニングを、これらのトポロジーを支える L2/L3 の仕組みはフォワーディングの基礎 を参照してください。
これらのトポロジーの土台となる配線。構造化配線の階層、データセンターのパターン(EoR、MoR、ToR、トランクとカセット)、心数計画は 光ファイバーネットワークのトポロジーを参照してください。