breakout در تجهیزات شبکه چیست و چگونه از آن استفاده کنیم؟

مهشید افخمی

شهریور 1, 1401

پیشرفت‌های اخیر اتصال به شبکه با استفاده از حالت breakout با در دسترس قرار دادن پورت‌های پرسرعت جدید روی سوئیچ‌های شبکه، روترها و سایر تجهیزات ارتباطی، اهمیت بیشتری پیدا کرده است. حالت Breakouts به این پورت های پر سرعت جدید اجازه می دهد تا با پورت های کم سرعت ارتباط برقرار کنند.

breakout در تجهیزات شبکه چیست؟

فهرست محتوا

Breakout ها اتصال بین دستگاه های شبکه با پورت هایی که دارای سرعت متفاوت هستند را فعال می کنند و در عین حال از پهنای باند پورت به طور کامل استفاده می کنند. حالت Breakout در تجهیزات شبکه (سوئیچ‌ها، روترها و سرورها) راه‌های جدیدی را برای کاربران شبکه باز می‌کند تا با سرعت تقاضای پهنای باند، همگام شوند. با افزودن پورت‌های پرسرعتی که از breakout پشتیبانی می‌کنند، کاربران می‌توانند چگالی پورت در سوئیچ را افزایش دهند و به‌ طور تدریجی امکان ارتقاء به نرخ داده‌های بالاتر را فراهم کنند.

حالت breakout چیست؟

حالت Breakout زمانی است که یک پورت پرسرعت و کانالیزه شده در یک دستگاه شبکه به چندین پورت کم سرعت تقسیم می شود که هر کدام به چندین دستگاه شبکه وصل می شوند. به عنوان مثال، سوئیچ با پورت های 400G را می توان به پورت های 100G متصل کرد. شکل زیر حالت Breakout را از پورت 400G به 100G نشان می دهد.

آیا می توان همیشه از Breakout استفاده کرد؟

Breakout همیشه شامل اتصال یک پورت کانالیزه شده به چندین پورت کانالیزه یا کانالیزه نشده است. پورت های کانالیزه همیشه به صورت فاکتورهای چند خطی مانندQSFP+، QSFP28 QSFP56، QSFP28-DD و QSFP56-DD پیاده سازی می شوند. به طور معمول، پورت های کانالیزه نشده به صورت فاکتورهای تک کانالی، از جمله SFP+، SFP28 و SFP56 پیاده سازی می شوند. برخی از انواع پورت ها، مانند QSFP28، بسته به موقعیت، می توانند در هر دو طرف قرار گیرند.

امروزه، پورت های کانالیزه شده شامل 40G، 100G، 200G، 2x100G، و 400G و پورت های کانالیزه نشده شامل 10G، 25G،50G و 100G هستند که در جدول زیر نشان داده شده است.

Breakout Capable	Electric Lanes	Optical Lanes*	Technology	Rate
No	10G	10G	SFP+	10G
No	25G	25G	SFP28	25G
Yes	4x 10G	4x10G, 2x20G	QSFP+	40G
No	50G	50G	SFP56	50G
Yes	4x 25G	100G, 4x25G, 2x50G	QSFP28	100G
Yes	4x 50G	4x50G	QSFP56	200G
Yes	2x (4x25G)	2x (4x25G)	QSFP28-DD	2x 100G
Yes	8x 50G	4x 100G, 8x50G	QSFP56-DD	400G

به طور کلی، برای انتقال دهنده های Breakout، خطوط نوری برابر با خطوط الکتریکی است. با این حال، برخی از انتقال دهنده ها دارای gearboxe هایی هستند که امکان تبدیل نرخ را فراهم می‌کنند و در نتیجه خطوط نوری کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، انتقال دهنده های QSFP-28 100G جدید دارای 1 خط نوری 100G هستند و ASIC در انتقال دهنده، 4 خط NRZ 25GHz الکتریکی را به 1 خط PAM4 50 GHz نوری تبدیل می کند.

همچنین، برخی از انتقال دهنده های چند خطی به دلیل محدودیت های اجرای ASIC در فرستنده، قادر به جدا کردن نیستند. برای مثال، تنها یک مدار CDR (Clock Data Recovery) برای یک خط در یک انتقال دهنده چند خطی می تواند وجود داشته باشد، بنابراین از عملکرد کانالیزه شدن جلوگیری می کند.

علاوه بر این، برخی از انتقال دهنده ها، از چندین طول موج نوری روی یک فیبر واحد استفاده می‌کنند. به خاطر اینکه پیچیدگی جدا کردن طول موج های متفاوت در این خطوط امکانپذیر نمی باشد.

همچنین، برخی از انتقال دهنده هایی مانند QSFP-100G-SR-BD و QSFP-40G-SR-BD، حتی با وجود اینکه دارای خطوط نوری 2x50G (2x25G-PAM4) و 2x20G هستند روی فیبر دوبلکس کار می‌کنند و قابلیت شکست ندارند زیرا آنها برای Breakout طراحی نشده اند.

بیشتر بخوانید: معرفی پورت SFP و کاربرد آن

چه گونه هایی از Breakout در دسترس است؟

Breakout به صورت فیزیکی با کابل ها یا گیرنده ها اجرا می شود. برخی از این آپشن ها عبارتند از breakout DACs، breakout AOCs و گیرنده ها.

Breakout DACs:

کابل‌های متصل مستقیم (DAC) طول ثابتی دارند و از کابل‌های دوگانه مسی متعدد ساخته شده‌اند. آنها معمولاً 1 تا 5 متر در پیکربندی غیرفعال و 7 تا 10 متر طول در پیکربندی فعال دارند و شامل ماژول هایی هستند که همانطور که در تصویر بالا نشان داده شده است به پورت های تجهیزات متصل می شوند.

Breakout AOCs:

کابل‌های نوری فعال (AOCs) طول ثابتی دارند و از کابل‌های نوری Multiple، معمولاً 1 تا 25 متر ساخته می‌شوند و شامل ماژول‌هایی هستند که به پورت‌های تجهیزات شبکه، همانطور که در تصویر بالا نشان داده شده است، متصل می‌شوند.

Transceivers یا انتقال دهنده ها:

انتقال دهنده ها می توانند از فیبر سینگل مد (SMF) یا فیبر مالتی (MMF) در صورت جفت شدن با کابل Breakout پشتیبانی کنند.

کدام ماژول ها از breakout پشتیبانی می کنند؟

در حالت مالتی مد:

QSFP-40G-SR4 به 4x SFP-10G-SR
QSFP-40G-CSR4 به 4x SFP-10G-SR
QSFP-100G-SR4 به 4x SFP-25G-SR
QDD-2x100G-SR4 به 2x QSFP-100G-SR4

در حالت سینگل مد:

QSFP-4x10G-LR4 به 4x SFP-10G-LR
QSFP-100G-PSM4 به 4x SFP-25G-LR
QDD-2x100G-LR4 به 2x QSFP-100G-LR4
QDD-2x100G-CWDM4 به 2x QSFP-100G-CWDM4
QDD-400G-DR4 به 4x QSFP-100G-DR
QDD-4x100G-FR به 4x QSFP-100G-FR
QDD-4x100G-LR به 4x QSFP-100G-LR

نمودارهای Breakout فیبر نوری و پین‌های انتقال دهنده:

به طور کلی فیبرنوری به دو نوع سینگل مد و مالتی مد تقسیم می شود. QSFP-40G-SR4، QSFP-40G-CSR4، QSFP-4x10G-LR-S، QSFP-100G-SR4-S، QSFP-100G-PSM4-S، CPAK-100G-CPAK-10GG ،QDD-400G-SR4.2-BD، QDD-400G-DR4-S ،QDD-4x100G-FR-S ،QDD-4x100G-LR4-S و QSFP-200G-SR4 از کانکتورهای MPO-12 (Multifiber Push On) برای Breakout استفاده می کنند.

تصویر بالا نمودار breakout jumper pinout را برای کابل های فیبرنوری SMF یا MMF با استفاده از کانکتورهای MFO نشان می‌دهد. به زاویه 8 درجه روی صفحه انتهایی کانکتور MPO برای کاربردهای SMF توجه کنید.

در شکل زیر همانطور که مشاهده می کنید هنگامی که از جلو به ماژول نگاه می کنید کاملا متوجه می شوید که کدام پین ها برای TX و کدامیک برای RX هستند.

برای QDD-2X100G-SR4-S، انتقال دهنده از کانکتور MPO-24 (معروف به دو ردیف MPO-12) برای خروج به ماژول های 2x QSFP-100G-SR4-S استفاده می کند.

انتقال و دریافت خطوط نوری رابط MPO-24 موقعیت‌های نشان‌داده‌شده در شکل زیر را هنگام نگاه کردن به این ماژول ها از روبه رو با ویژگی پین های RX و TX را نشان می دهد.

برای QDD-2X100-LR4-S و QDD-2X100-CWDM4-S انتقال دهنده ها از کانکتورهای 2xCS برای Breakout استفاده می کنند. همانطور که در نمودار زیر نشان داده شده است، هر کانکتور CS دارای یک کانال دوبلکس کامل است.

مزیت اتصال CS جدید این است که به جای نیاز به کابل Breakout یا کارتریج Breakout در پچ پنل، قابلیت Breakout در انتقال دهنده را فراهم می کند. مجموعه‌های قدیمی از کانکتورهای MPO در یک طرف و چندین کانکتور دوبلکس LC در انتهای دیگر استفاده می‌کنند.

New CS connector

ماژول با دو کانکتور CS

انتقال و دریافت خطوط فیبرنوری رابط دوگانه CS موقعیت‌های نشان‌داده‌شده در شکل زیر را هنگام نگاه کردن به ماژول با ویژگی کلید رابط دربالا را نشان می دهد.

برای QDD-400G-SR8، انتقال دهنده از کانکتور MPO-16 برای Breakout به 2 ماژول QSFP-100G-SR4-S استفاده می کند که در نمودار زیر با Breakout به 8 ماژول SFP-50G-SR نشان داده شده است.

و Alternate Breakout به 2x QSFP-200G-SR4 در شکل زیر نشان داده شده است.

انتقال و دریافت خطوط فیبرنوری رابط MPO-16 موقعیت‌های نشان‌داده‌شده در شکل زیر را هنگام نگاه کردن به ماژول با ویژگی کلید رابط در بالا، نشان می دهد.

مقایسه حجم پورت های خروجی از سوئیچ هایی با قابلیت Breakout در مقایسه با سوئیچ هایی بدون قابلیت Breakout:

درسته که قابلیت Breakout جدید نیست اما توانسته است چگالی پورت متصل به سوئیچ هایی که از این قابلیت پشتیبانی می کنند را به شدت افزایش دهند. به کمک این قابلیت امکان اتصال سوئیچ ها با سرعت بالاتر به پورت هایی با سرعت کمتر مهیا می شود.

همانطور که مشاهده می کنید در زیر یک سوئیچ با 36 پورت QSFP داریم که امکان استفاده از کلیه این پورت ها به صورت پورت Uplink و Downlink می باشد. این پورت ها می توانند به صورت QSFP+ (40G)،QSFP28 (100G) یا QDD (400G) در سرعت های مختلف باشند.

حال این سوئیچ را با تصویر پایین مقایسه می کنیم که دارای 48 پورت به صورت single-lane می باشند که قابلیت Breakout نیزندارند. و همچنین شامل 6 پورت QSFP در قسمت Uplink هستند.

نرخ انتقال در پورت های Downlink باید با پورت های QSFP یکی باشند. برای مثال 10G SFP+ برای QSFP+،25G SFP28 برای QSFP28 و 50G SFP56 برای QDD.

بیشتر بخوانید: Port Security چیست و چه کاربردی دارد؟

مزایا و معایب Breakout:

مزایای Breakout:

چگالی بیشتر: به عنوان مثال، در یک سوئیچ بریک اوت، 36 پورت QDD می تواند چگالی سه برابری نسبت به سوئیچی با پورت های downlink تک لاین را فراهم کند. بنابراین با استفاده از تعداد سوئیچ کمتر، تعداد اتصالات یکسانی حاصل می شود.
دسترسی به رابط های با سرعت کمتر. به عنوان مثال، انتقال دهنده QSFP-4X10G-LR-S می تواند یک سوئیچ را با درگاه های QSFP را به 4 ماژول 10G LR در هر پورت متصل کند.
صرفه اقتصادی. به دلیل نیاز کمتر به تجهیزات رایج از جمله شاسی، کارت، منبع تغذیه، فن و …

معایب Breakout:

استراتژی جایگزینی دشوارتر: هنگامی که یکی از پورت های انتقال دهنده های بریک اوت، AOC یا DAC خراب می شود، نیاز به تعویض کل انتقال دهنده یا کابل دارد.
غیر قابل تنظیم: در سوئیچ‌هایی که لینک‌های یک خطی دارند، هر پورت به صورت جداگانه پیکربندی می‌شود. به عنوان مثال، یک پورت جداگانه می تواند 10G، 25G یا 50G باشد و می تواند هر نوع انقال دهنده، AOC یا DAC را بپذیرد. یک پورت QSFP در حالت Breakout نیاز به رویکرد گروهی دارد، که در آن تمام رابط‌های یک گیرنده یا کابل از یک نوع هستند.

بریک اوت (breakout) و ریداندنسی(redundancy):

Breakout اتصال ریداندنت را فعال می کند. برای مثال تصویر زیر را در نظر بگیرید که فرستنده‌های QSFP28 100G را در پورت‌های سوئیچ و سرور نشان می‌دهد، جایی که خطوط 4x25G هر انتقال دهنده به اتصالات 50G (2x25G) تقسیم می‌شوند. قابلیت breakout اتصال اضافی 50G بین سوئیچ ها و سرورها را فراهم می کند.