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Cableado del centro de datos

Los centros de datos hacen que las redes funcionen

El centro de datos es el corazón de todas las redes empresariales. Permite la transmisión, el acceso y el almacenamiento de grandes cantidades de información vital.

 

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¿Qué es el cableado para centros de datos?

El cableado del centro de datos conecta las redes de área local (LAN) de la empresa a los switches, servidores, redes de área de almacenamiento (SAN) y otros equipos activos que admiten todas las aplicaciones, transacciones y comunicaciones. También es donde la red de área local (LAN) se conecta a redes de proveedores de servicios que brindan acceso a Internet y otras redes fuera de la instalación.

 

Estándares de cableado para centros de datos

Normas como ANSI/TIA-942, ISO/IEC 24764y ANSI/BICSI 002 proporcionan recomendaciones mínimas para el diseño y la implementación de centros de datos, incluidas rutas y espacios, cableado de red troncal y horizontal, redundancia y disponibilidad, gestión de cables y consideraciones ambientales.

Estas normas también describen áreas funcionales específicas del centro de datos:
 

  • • Sala de entrada (ER): A veces denominado instalación de entrada, la ER se encuentra dentro o fuera del centro de datos. Aquí es donde el servicio entra en el centro de datos, proporcionando el punto de demarcación a las redes del proveedor de servicios y cableado de red troncal a otros edificios en un entorno de campus.
     
  • • Área de distribución principal (MDA): Como punto central de distribución, el MDA aloja switches y routers centrales para conectarse a la LAN, SAN y otras áreas del centro de datos, así como a las salas de telecomunicaciones (TR) ubicadas a lo largo de una instalación.
     
  • • Áreas de distribución horizontal (HDA): El HDA es el punto de distribución para conectar servidores en el área de distribución de equipos (EDA) a conmutadores centrales en el MDA. El cableado de enlace ascendente de red troncal de fibra del MDA termina aquí en paneles de conexión de fibra dentro de conexiones cruzadas o interconexiones que conectan conmutadores de agregación y acceso. Si bien la mayoría de los centros de datos cuentan con al menos un HDA, una configuración de top-of-rack (ToR) donde los switches de acceso se conectan directamente a los servidores en el mismo gabinete elimina el HDA.
     
  • • Área de distribución de equipos (EDA): Aquí es donde residen los servidores. Estos servidores se conectan a switches en el HDA a través de cables horizontales terminados en paneles de interconexión de cobre o fibra o a través de conexiones directas a switches ToR en el mismo gabinete.
     
  • • Áreas de distribución intermedia (IDA): Estos espacios opcionales, a veces llamados distribuidores intermedios, se encuentran normalmente en centros de datos más grandes con múltiples plantas o salas que distribuyen enlaces de fibra desde el MDA a varios HDA y EDA a través de conmutadores de agregación.
     
  • • Área de zona de distribución (ZDA): Estos espacios opcionales normalmente no se encuentran en los centros de datos empresariales. El ZDA no contiene equipos activos, pero puede servir como punto de consolidación dentro del cableado horizontal entre HDA y EDA para facilitar el crecimiento y las reconfiguraciones futuros.

Este diagrama del estándar del centro de datos TIA-942 muestra los diversos espacios conectados con cableado de red troncal (azul) y horizontal (rojo).

 

Retos clave para los centros de datos

El centro de datos es esencial para el funcionamiento de una empresa y alberga una cantidad cada vez mayor de equipos de misión crítica. Hay varias consideraciones y retos clave para garantizar la fiabilidad y el rendimiento para las necesidades actuales y futuras. Echemos un vistazo a algunos de los más importantes.

 

Crecimiento y escalabilidad

A medida que crece la cantidad de información y aplicaciones, los centros de datos necesitan ampliar su capacidad para alojar equipos y enlaces más activos que nunca. Al mismo tiempo, deben permitir la transmisión de datos de alto ancho de banda y baja latencia hacia y desde el equipo. Un centro de datos bien diseñado maximiza el espacio para el crecimiento y la escalabilidad, garantizando rutas de cableado manejables, mejorando la eficiencia y protegiendo el rendimiento, la fiabilidad y la resiliencia generales.

A medida que las empresas se esfuerzan por competir en un mundo basado en datos, aparecen más centros de datos en la nube y de colocation. Proporcionan los medios para implementar nuevos sistemas y servicios más rápido, lo que permite a las empresas responder rápidamente a las necesidades cambiantes y ampliar la capacidad sin necesidad de actualizar los centros de datos empresariales internos. Muchas empresas tienden a adoptar un enfoque de TI híbrido, manteniendo algunos recursos de TI internamente o en un centro de datos de colocación segura (particularmente cuando es necesario mantener el control de los datos) y permitiendo que otros residan en la nube. Los recursos en la nube utilizan software como servicio (SaaS), mientras que los centros de datos de colocation suelen ofrecer infraestructura como servicio (IaaS).

 

Redundancia y disponibilidad

La fiabilidad del centro de datos se basa principalmente en la disponibilidad (tiempo de actividad) y la redundancia (duplicación).

La redundancia implica tener componentes duplicados (como equipos, enlaces, alimentación y vías) que garanticen la funcionalidad si falla alguno de los componentes. Se define a menudo usando el “sistema N” donde N es el valor de referencia para el número de componentes necesarios para que funcione el centro de datos.

  • ○La redundancia N+1 significa tener un componente más del necesario para funcionar.
  • ○La redundancia 2N significa tener el doble de componentes necesarios.
  • ○La redundancia 2N +1 es el doble de cantidad, más una.

Las categorías de niveles del Uptime Institute señalan al nivel N necesario para distintos niveles de disponibilidad del centro de datos. El sistema de clase de disponibilidad 002 BICSI también hace referencia al nivel N.

 

Energía, enfriamiento y eficiencia

El consumo de energía es un reto clave en el centro de datos, dado el alto coste de energía necesaria para la informática del centro de datos avanzado en la actualidad. Los administradores de centros de datos encargados de garantizar la eficiencia para reducir los costes operativos a menudo utilizan la métrica de eficacia del uso de energía (PUE) de Green Grid para garantizar que el equipo utilice la energía que entra al centro de datos de manera eficiente.

Con un mayor enfoque en la sostenibilidad, Green Grid también cuenta ahora con una métrica de efectividad en el uso del carbono (CUE) que determina la cantidad de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) producidas por unidad de energía de TI consumida dentro de un centro de datos. También cuenta con una métrica de efectividad del uso del agua (WUE) que mide la relación entre el agua utilizada en el centro de datos (para refrigeración a base de agua, humidificación, etc.) y el consumo de energía del equipo de TI.

La refrigeración mantiene una temperatura de funcionamiento aceptable del equipo y evita puntos calientes que podrían afectar negativamente a la vida útil y la fiabilidad del equipo. ASHRAE recomienda un rango de temperatura de funcionamiento de 18° a 27° C (64° a 81°F) para centros de datos. La refrigeración afecta a la eficiencia, y representa del 30% al 50% del consumo total de energía del centro de datos.

  • ○ Evitar que el aire de entrada frío y el aire de salida caliente se mezclen puede permitir temperaturas más altas del aire de retorno, lo que mejora la eficiencia de los sistemas de enfriamiento del centro de datos y evita el exceso de aprovisionamiento de unidades de aire acondicionado, lo cual consume mucha energía.
  • ○ El uso de una configuración de pasillo caliente/pasillo frío en el centro de datos es una forma pasiva de evitar la mezcla de aire caliente y frío. Se trata de alinear filas de gabinetes de manera que la toma de aire frío se optimice en la parte delantera del equipo y los escapes de aire caliente de la parte trasera del equipo para el sistema de retorno de enfriamiento.

Con una mayor potencia de procesamiento y generación de calor, algunos centros de datos necesitan formas más eficaces de evitar mezclar aire caliente y frío.

  • ○ Los sistemas de contención pasiva aíslan completamente los pasillos fríos y calientes, utilizando paneles de techo para aislar el pasillo frío del resto del centro de datos (“contención del pasillo frío”) o paneles verticales para aislar el pasillo caliente y devolver el escape caliente al plenum de retorno superior (“contención del pasillo caliente”). Los sistemas de contención también pueden estar activos, utilizando ventiladores para extraer el aire caliente del gabinete al pasillo caliente.
  • ○ Algunos entornos informáticos de alto rendimiento (como los centros de datos de hiperescala) con densidades de potencia extremadamente altas están recurriendo a soluciones de refrigeración líquida para una mejor conducción del calor. Estas soluciones incluyen intercambiadores de calor de puerta trasera que enfrían el aire caliente de escape cuando pasa sobre bobinas llenas de líquido en la parte trasera del gabinete del equipo, inmersión líquida que rodea el equipo con refrigerante que circula a través de un circuito de agua fría y refrigeración de placa fría o directa al chip donde el refrigerante se bombea a pequeñas placas frías acopladas directamente a componentes generadores de calor dentro del equipo, como CPU.

 

Consideraciones de cableado para centros de datos

Independientemente del tamaño y tipo del centro de datos, la topología de conmutación y las aplicaciones, la infraestructura de cableado subyacente es crucial para garantizar los enlaces fiables y de alto ancho de banda necesarios para conectar los equipos del centro de datos en varias áreas funcionales. Hay varias consideraciones en lo que respecta al cableado del centro de datos.

 

Gestión de cableado

El cableado congestionado y no gestionado dentro de las vías y gabinetes puede causar estragos en el centro de datos al evitar el movimiento adecuado del aire frío hacia la entrada del equipo o del aire caliente desde el escape. También puede causar daños en los cables, impedir el crecimiento y obstaculizar significativamente los movimientos, adiciones y cambios rutinarios.
  • ○ Mover los cables de alta densidad al techo es una estrategia para prevenir la congestión de cables en las vías del suelo que pueden bloquear el movimiento del aire frío.
  • ○ Dentro del gabinete, las soluciones de gestión de cables horizontales y verticales ayudan a enrutar y organizar correctamente los cables dentro y alrededor del equipo para mantener un flujo de aire adecuado.
  • ○ Una solución para el cableado de cobre, que es más grande que la fibra y puede bloquear más flujo de aire, es utilizar latiguillos de cobre de calibre más pequeño.
  • ○ La gestión de cables horizontal y vertical es fundamental para mantener un radio de curvatura y un alivio de tensión adecuados. Exceder el radio de curvatura del cableado y ejercer tensión en los cables puede degradar el rendimiento o provocar enlaces que no funcionan.

 

Comprobación de cableado

Dentro de cada espacio funcional del centro de datos, conectados mediante cableado troncal o horizontal, hay una variedad de medios de cableado para diversas aplicaciones que necesiten probarse.
  • ○ Los enlaces de cableado de red troncal entre ER, MDA y HDA casi siempre serán fibra monomodo y multimodo.
  • ○ El cableado horizontal entre el HDA y el EDA (enlaces de conmutador a servidor) será de categoría 6A o conexiones de cobre o fibra multimodo superiores.
  • ○ Si el EDA utiliza una configuración ToR, a menudo se utilizan cables de conexión directa (DAC) SFP+ o SFP28 Twinax para estas conexiones. Comprobar módulos de SFP/QSFP implica verificar que la energía se administra correctamente. Para profundizar en lo que se suele probar en cada área funcional del centro de datos, descargue nuestro documento técnico gratuito, En el centro de datos: ¿dónde y qué es lo que estoy comprobando?

 

Presupuestos de pérdida de fibra

Pérdida de inserción es la cantidad de energía que pierde una señal cuando viaja a lo largo de un enlace de cable (atenuación) y la pérdida causada por cualquier punto de conexión (como conectores y empalmes). Si bien la pérdida de inserción es un parámetro de rendimiento para los sistemas de cableado de cobre, es el parámetro de rendimiento primario para los sistemas de fibra.

Los estándares del sector especifican la cantidad de pérdida de inserción permitida para que las aplicaciones de fibra funcionen correctamente, y las aplicaciones de mayor velocidad como 40GBASE-SR4 y 100GBASE-SR4 tienen requisitos de pérdida de inserción mucho más estrictos.

Los centros de datos determinan sus presupuestos de pérdida de fibra basándose en las distancias entre las áreas funcionales y el número de puntos de conexión a lo largo del camino para garantizar que permanezcan dentro de estos requisitos. Para determinar con precisión el presupuesto de pérdida de fibra es necesario conocer los valores de pérdida por inserción de los cables y la conectividad de proveedores específicos.

La comprobación de fibra básica (certificación Nivel 1) mide la pérdida de inserción de todo el enlace de fibra en decibeles (dB) utilizando un equipo de prueba de pérdida óptica (OLTS). Los fabricantes de cables casi siempre requieren la certificación de nivel 1 para adquirir una garantía del sistema. Algunos también pueden requerir 2 certificación de nivel utilizando un reflectómetro óptico de dominio de tiempo (OTDR ) que proporciona información sobre la pérdida de puntos de conexión específicos y el cable. El uso de un OTDR seguido de un OLTS ofrece una estrategia de comprobación completa que caracteriza todo el enlace y garantiza la comprobación de pérdida de inserción más precisa.

La permanencia dentro del presupuesto de pérdida de inserción para la fibra es también sumamente dependiente de la limpieza de las terminaciones de fibra puesto que la contaminación sigue siendo la causa principal de los problemas relacionados con la fibra y los fallos de comprobación en los centros de datos Incluso la más mínima partícula en el núcleo de una terminación de fibra puede causar pérdida y reflexiones que degradan el rendimiento. Limpieza e inspección son, por tanto, pasos clave en las terminaciones de fibra de centro de datos.

 

Cableado y conectividad de MPO

En el centro de datos, es común encontrar cableado y conectividad multifibra push-on (MPO). Los MPO son necesarios para varias aplicaciones de fibra multimodo y monomodo de alto ancho de banda que utilizan óptica paralela para transmitir y recibir a través de múltiples fibras. También suelen implementarse en aplicaciones dúplex para cableado troncal entre paneles de conexión para ahorrar espacio y material.

Se recomienda comprobar los enlaces de cableado MPO con un comprobador de fibra compatible con MPO para ahorrar tiempo, eliminar la complejidad y mejorar la precisión.

Para que los enlaces del centro de datos funcionen, deben mantener la polaridad adecuada de manera que la señal de transmisión en un extremo de un enlace coincida con el receptor correspondiente en el otro. Garantizar una polaridad de fibra adecuada puede ser más complejo con la conectividad MPO porque varias fibras de transmisión y recepción deben corresponderse correctamente. Los comprobadores de cables de MPO que comprueban la polaridad correcta pueden ayudar a eliminar errores de polaridad.

 

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