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Câblage du centre de données

Les centres de donnnées font fonctionner les réseaux

Le centre de données est au cœur de chaque réseau d’entreprise. Il permet la transmission, l’accès et le stockage de grandes quantités d’informations vitales.

 

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Qu'est-ce que le câblage de centre de données ?

Le câblage connecte les réseaux locaux d’entreprise (réseaux LAN) aux commutateurs, serveurs et aux réseaux de stockage SAN, ainsi qu’aux autres équipements actifs soutenant l’ensemble des applications, transactions et communications. C’est également à ce niveau que le réseau LAN se connecte aux réseaux des fournisseurs de services afin de fournir l’accès à Internet et aux autres réseaux extérieurs au site.

 

Normes de câblage de centre de données

Les normes telles que ANSI/TIA-942, ISO/IEC 24764et ANSI/BICSI 002 fournissent des recommandations minimales pour la conception et le déploiement des centres de données, y compris les chemins et les espaces, le câblage de base et horizontal, la redondance et la disponibilité, la gestion des câbles et les considérations environnementales.

Ces normes décrivent également les domaines fonctionnels spécifiques du centre de données :
 

  • • Salle d’entrée (ER) : Parfois appelée installation d’entrée, l’ER est située à l’intérieur ou à l’extérieur du centre de données. C’est là que le service entre dans le centre de données, fournissant le point de démarcation aux réseaux des fournisseurs de services et le câblage de base vers d’autres bâtiments dans un environnement de campus.
     
  • • Zone de distribution principale (MDA) : En tant que point de distribution principal, le MDA (Main Distribution Area) héberge des commutateurs et des routeurs centraux pour la connexion au LAN, SAN et autres zones du centre de données, ainsi que des salles de télécommunications (TR) situées dans l’ensemble de l’installation.
     
  • • Zones de distribution horizontale (HDA) : Le HDA est le point de distribution permettant de connecter les serveurs de la zone de distribution de l’équipement (EDA) aux commutateurs principaux du MDA. Le câblage de liaison en amont de la fibre optique à partir du MDA se termine ici au niveau des panneaux de brassage de la fibre optique dans les connexions croisées ou les interconnexions qui connectent les commutateurs d’agrégation et d’accès. Alors que la plupart des centres de données contiendront au moins un HDA, une architecture haut de rack (ToR) où les commutateurs d'accès se connectent directement aux serveurs dans la même armoire élimine le HDA.
     
  • • Zone de distribution de l’équipement (EDA) : C'est là que résident les serveurs. Ces serveurs se connectent aux commutateurs du HDA via des câbles horizontaux raccordés aux panneaux de brassage en cuivre ou en fibre optique ou via des connexions directes aux commutateurs ToR dans la même armoire.
     
  • • Zones de distribution intermédiaires (IDA) : Ces espaces facultatifs, parfois appelés distributeurs intermédiaires, se trouvent généralement dans des centres de données plus grands avec plusieurs étages ou salles qui distribuent les liaisons fibre optique de la MDA à divers HDA et EDA via des commutateurs d’agrégation.
     
  • • Zone de distribution de zone (ZDA) : Ces espaces facultatifs ne se trouvent généralement pas dans les centre de données d’entreprise. La ZDA ne contient pas d’équipement actif, mais elle peut servir de point de consolidation dans le câblage horizontal entre les HDA et les EDA pour faciliter le développement et les reconfigurations ultérieurs.

Ce schéma de la norme TIA-942 relative au centre de donnée montre les différents espaces connectés au câblage principal (bleu) et horizontal (rouge).

 

Principaux défis pour les centre de données

Le centre de données est essentiel au fonctionnement d'une entreprise et abrite une quantité toujours croissante d'équipements critiques. Il existe plusieurs considérations et défis clés pour garantir la fiabilité et la performance des besoins actuels et futurs. Intéressons-nous à certains des plus importants.

 

Croissance et évolutivité

À mesure que la quantité d'informations et d'applications augmente, les centre de données doivent étendre leur capacité à héberger plus d'équipements et de liaisons actifs que jamais. Dans le même temps, ils doivent permettre la transmission de données à bande passante élevée et à faible latence vers et depuis l’équipement. Une conception adéquate de centre de données implique de maximiser l’espace afin de permettre la croissance ainsi que l’évolutivité, en s’assurant que les chemins de câblage sont gérables, en améliorant l’efficacité et en garantissant les performances, la fiabilité et la résilience globales.

Alors que les entreprises s’efforcent de rivaliser dans un monde axé sur les données, davantage de centres de données cloud et de colocation apparaissent. Ils fournissent les moyens de déployer plus rapidement de nouveaux systèmes et services, permettant aux entreprises de répondre rapidement à l'évolution des besoins et d'étendre la capacité sans avoir besoin de mettre à niveau les centres de données d'entreprise internes. De nombreuses entreprises ont tendance à adopter une approche informatique hybride, en conservant certaines ressources informatiques en interne ou dans un centre de données de colocation sécurisé (en particulier lorsqu’il est nécessaire de maintenir le contrôle des données) et en laissant d’autres résider dans le cloud. Les ressources cloud utilisent le logiciel en tant que service (SaaS), tandis que les centres de données de colocation offrent généralement une infrastructure en tant que service (IaaS).

 

Redondance et disponibilité

La fiabilité du centre de données est principalement basée sur la disponibilité (temps de disponibilité) et la redondance (duplication).

La redondance implique d’avoir des composants en double (tels que l’équipement, les liaisons, l’alimentation et les chemins) qui assurent la fonctionnalité en cas de défaillance d’un composant. La redondance de centre de données est souvent définie en utilisant le système « N », où « N » est la configuration de base pour le nombre de composants requis pour le fonctionnement du centre de données.

  • ○ La redondance N+1 signifie avoir un composant de plus que nécessaire pour fonctionner.
  • ○ La redondance 2N signifie avoir le double du nombre de composants requis.
  • ○ La redondance 2N +1 est le double du montant, plus un.

Les niveaux établis par le Uptime Institute indiquent le niveau « N » requis pour divers niveaux de disponibilité de centre de données. Le système de classe de disponibilité 002 BICSI fait également référence au niveau N.

 

Alimentation, refroidissement et efficacité

La consommation énergétique est un défi clé en matière de centre de données, étant donné les coûts d’énergie requise, à l’heure actuelle, pour l’informatique avancée du centre de données. Il est requis des gestionnaires de centres de données de garantir l’efficacité afin de réduire les coûts opérationnels et ces derniers utilisent souvent les mesures PUE du Green Grid afin de s’assurer que l’équipement utilise l’alimentation électrique arrivant dans le centre de données efficacement.

En mettant davantage l’accent sur la durabilité, le réseau vert dispose désormais également d’une mesure d’efficacité d’utilisation du carbone (CUE) qui détermine la quantité d’émissions de gaz à effet de serre (GES) produites par unité d’énergie informatique consommée dans un centre de données. Il dispose également d'une mesure d'efficacité d'utilisation de l'eau (WUE) qui mesure le rapport entre l'eau utilisée dans le centre de données (pour le refroidissement à base d'eau, l'humidification, etc.) et la consommation d'énergie de l'équipement informatique.

Le refroidissement maintient une température de fonctionnement acceptable de l’équipement et empêche les points chauds qui pourraient avoir un impact négatif sur la durée de vie et la fiabilité de l’équipement. ASHRAE recommande une plage de température de fonctionnement de 18° à 27° C (64° à 81° F) pour les centre de données. Le refroidissement a un impact sur l'efficacité, représentant de 30 % à 50 % de la consommation totale d'énergie du centre de données.

  • ○ Prévenir le mélange de l’air froid à l’entrée avec l’air chaud évacué dans le centre de données aide à accroître les températures de l’air de retour, ce qui améliore l’efficacité des systèmes de refroidissement de centre de données et limite le surprovisionnement d’unités de climatisation à forte consommation électrique.
  • ○ L’utilisation d’une configuration d’allée chaude/allée froide dans le centre de données est un moyen passif d’empêcher le mélange d’air chaud et d’air froid. Cela implique l’alignement de rangées d’armoires de façon à ce que l’admission d’air froid soit optimisée à l’avant des équipements, et que l’air chaud sorte de l’arrière des équipements vers le système de l’air de retour de refroidissement.

Avec une puissance de traitement et une génération de chaleur plus élevées, certains centre de données ont besoin de moyens plus efficaces pour éviter de mélanger l'air chaud et l'air froid.

  • ○ Des systèmes de confinement passifs isolent complètement les allées chaudes et froides, les unes des autres, utilisant des panneaux de plafond pour isoler l’allée froide du reste du centre de données (« confinement d’allée froide »), ou des panneaux verticaux pour isoler l’allée chaude et retourner l’air chaud évacué vers le plénum de retour surélevé (« confinement d’allée chaude »). Les systèmes de confinement peuvent également être actifs, en utilisant des ventilateurs pour extraire l’air chaud de l’armoire dans l’allée chaude.
  • ○ Certains environnements informatiques haute performance (tels que les centre de données hyperscale) avec des densités de puissance extrêmement élevées se tournent vers des solutions de refroidissement liquide pour une meilleure conduction thermique. Ces solutions comprennent des échangeurs thermiques de porte arrière qui refroidissent l’air chaud évacué lorsqu’il passe sur des bobines remplies de liquide à l’arrière de l’armoire de l’équipement, une immersion liquide qui entoure l’équipement avec un liquide de refroidissement qui circule à travers une boucle d’eau glacée, et un refroidissement par plaque froide ou direct à la puce où le liquide de refroidissement est pompé vers de petites plaques froides qui se fixent directement aux composants générateurs de chaleur de l’équipement, tels que les CPU.

 

Considérations relatives au câblage pour les centres de données

Quels que soient la taille et le type du centre de données, la topologie de commutation et les applications, l’infrastructure de câblage sous-jacente est essentielle pour garantir les liaisons fiables à large bande passante, nécessaires pour connecter l’équipement du centre de données dans divers domaines fonctionnels. Il y a plusieurs considérations à prendre en compte en matière de câblage de centre de données.

 

Gestion des câbles

Un câblage encombré et non géré à l'intérieur des chemins et des armoires peut faire des ravages dans le centre de données en empêchant le bon mouvement de l'air froid vers l'entrée de l'équipement ou de l'air chaud depuis l'échappement. Il peut également endommager le câble, empêcher la croissance et entraver considérablement les mouvements, ajouts et modifications de routine.
  • ○ Le déplacement des câbles haute densité au-dessus de la tête est une stratégie pour prévenir la congestion des câbles dans les passages sous le plancher qui peut bloquer le mouvement de l’air froid.
  • ○ À l’intérieur de l’armoire, les solutions de gestion des câbles horizontaux et verticaux permettent d’acheminer et d’organiser correctement les câbles à l’intérieur et autour de l’équipement afin de maintenir un flux d’air adéquat.
  • ○ Une solution pour le câblage en cuivre, plus grand que la fibre optique et peut bloquer plus de flux d’air, consiste à utiliser des cordons de raccordement en cuivre de plus petite taille.
  • ○ La gestion de câbles horizontaux et verticaux est essentielle pour maintenir un rayon de courbure et un réducteur de tension appropriés. Dépasser le rayon de courbure du câblage et exercer une contrainte sur les câbles peut dégrader les performances ou entraîner des liaisons non fonctionnelles.

 

Tests de câble

Dans chaque espace fonctionnel du centre de données connecté par câblage backbone ou horizontal, vous devez être prêt(e) à tester divers supports de câblage pour diverses applications.
  • ○ Les liaisons de câblage de backbone entre l’ER, le MDA et le HDA seront presque toujours des fibres monomodes et multimodes.
  • ○ Le câblage horizontal entre l’HDA et l’EDA (liaisons commutateur-serveur) sera de catégorie 6A ou supérieure pour les connexions cuivre ou fibre multimode.
  • ○ Si l’EDA utilise une configuration ToR, les câbles à connexion directe (CNA) SFP+ ou SFP28 twinax sont souvent utilisés pour ces connexions. Les tests sur les modules SFP/QSFPs impliquent la vérification de l’efficacité de l’alimentation. Pour en savoir plus sur ce qui est généralement testé dans chaque zone fonctionnelle du centre de données, téléchargez notre livre blanc gratuit, dans le centre de données — Où et Que suis-je en train de tester ?

 

Tolérances de perte optique

L’affaiblissement d’insertion représente la quantité d’énergie perdue par un signal pendant son parcours à travers une ligne de câblage (c’est-à-dire : atténuation) et la perte causée par tout point de connexion (c’est-à-dire : connecteurs et épissures). Bien que l’affaiblissement d’insertion constitue un paramètre de performance pour les systèmes de câblage cuivre, elle constitue le paramètre de performance principal pour les systèmes à fibre optique.

Les normes de l’industrie spécifient le niveau d’affaiblissement d’insertion permis pour les applications fibre optique afin de garantir un fonctionnement adéquat, pour des applications à débit plus élevé, telles que 40GBASE-SR4 et 100GBASE-SR4, les exigences en matière d’affaiblissement d’insertion sont bien plus strictes.

Les centres de données déterminent les tolérances en matière de perte optique, sur la base des distances entre zones fonctionnelles et le nombre de points de connexion le long du parcours afin de garantir qu’elles demeurent dans les limites définies par ces exigences. Pour déterminer avec précision un budget de perte de fibre optique, il est nécessaire de connaître les valeurs de perte d’insertion des câbles et de la connectivité de fournisseurs spécifiques.

Les tests de fibre optique (certification de niveau 1), mesurent l’affaiblissement d’insertion de la liaison en décibels (dB), en utilisant un ensemble de test de perte optique. (OLTS). Les fabricants de câbles exigent presque toujours une certification de niveau 1 pour acquérir une garantie système. Certains peuvent également nécessiter une certification de niveau 2 à l’aide d’un réflectomètre optique à domaine temporel (OTDR) qui fournit un aperçu de la perte de points de connexion spécifiques et du câble. L’utilisation d’un réflectomètre optique suivi d’un OLTS offre une stratégie de test complète qui caractérise l’ensemble de la liaison et garantit les tests de perte d’insertion les plus précis.

Respecter la tolérance en matière d’affaiblissement d’insertion pour les fibres dépend également fortement de la propreté des extrémités des fibres optiques, du fait que la contamination constitue la première cause de problèmes associés aux fibres, et des échecs aux tests pour les centres de données. Même la moindre particule sur le noyau d’une fibre optique peut causer des pertes et réflexions qui nuisent aux performances. Le nettoyage et l’inspection sont, par conséquent, des étapes clés pour la certification des terminaisons fibre optique de centre de données.

 

Câblage et connectivité MPO

Il est courant dans le centre de données de trouver un câblage et une connectivité MPO (multifiber push-on). Les MPO sont nécessaires pour plusieurs applications de fibre optique multimode et monomode à bande passante élevée qui utilisent des optiques parallèles pour transmettre et recevoir sur plusieurs fibres. Ils sont également souvent déployés dans des applications duplex pour le câblage de jonction entre les panneaux de brassage afin d’économiser de l’espace et du matériel.

Il est recommandé de tester les liaisons de câblage MPO avec un appareil de test de fibre optique compatible MPO pour gagner du temps, éliminer la complexité et améliorer la précision.

Pour que les liaisons du centre de données fonctionnent, elles doivent maintenir une polarité appropriée de sorte que le signal de transmission à une extrémité d’une liaison corresponde au récepteur correspondant à l’autre extrémité. Garantir une polarité de fibre optique appropriée peut être plus complexe avec la connectivité MPO car plusieurs fibres de transmission et de réception doivent correspondre correctement. Les appareils de test de câbles MPO qui vérifient la polarité peuvent aider à éliminer les erreurs de polarité.

 

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