Как рассчитать количество волокон для сети 100/400G

Введение

Количество волокон определяется не числом стоек само по себе, а количеством сетевых соединений, расположением коммутаторов и физическим интерфейсом каждого линка.

Одна конфигурация серверов может потребовать разную кабельную емкость при использовании ToR или EoR, параллельной оптики SR4 и DR4 либо дуплексных интерфейсов DR, FR1 и FR4.

Ниже приведена методика расчета и пример для 40 стоек. Значения показывают влияние выбранной схемы, но не заменяют спецификацию оборудования: поддержку трансиверов, breakout, тип разъема и допустимую длину линии проверяют по документации конкретных коммутаторов и сетевых адаптеров.

Эксперты материала: инженеры СИНТО
Дата технической актуализации: 30 июля 2026 года

Линия, задействованные волокна и физическая емкость

Для расчета нужно разделять три показателя.

Линия — одно соединение между двумя портами оборудования.

Задействованные волокна — волокна, по которым передается или принимается сигнал.

Физическая емкость — общее количество волокон в кабеле или сборке, включая незадействованные.

Например, 100GBASE-SR4 использует четыре волокна для передачи и четыре для приема — всего восемь задействованных волокон. При этом распространенные трансиверы оснащаются разъемом MPO-12. Если для каждой линии применяется отдельная 12-волоконная сборка, четыре волокна в ней не участвуют в передаче.

Поэтому фраза «для линии требуется восемь волокон» может означать:

• восемь задействованных волокон в системе Base-8
• восемь задействованных волокон внутри сборки MPO-12
• двенадцать физически проложенных волокон, из которых используются восемь

В расчетной таблице задействованные волокна и физическую емкость следует показывать раздельно.

Какие данные нужны для расчета

До начала расчета фиксируют:

• количество стоек
• количество серверов в каждой стойке
• число сетевых интерфейсов на сервер
• скорость каждого интерфейса
• расположение коммутаторов
• количество аплинков
• типы трансиверов
• расстояния между точками подключения
• число независимых сетевых плоскостей
• схему резервирования
• физическую кабельную систему: Base-8, Base-12 или дуплексную

Серверные подключения, аплинки, служебную сеть и интерфейсы управления считают отдельно.

Последовательность расчета:

1. Определить количество линий на один сервер.
2. Умножить его на число серверов в стойке.
3. Рассчитать количество линий для всех стоек.
4. Определить число задействованных волокон на один линк.
5. Отдельно рассчитать аплинки между коммутаторами.
6. Учесть физическую емкость кабелей и сборок.
7. Добавить резерв по принятой схеме.

Как ToR и EoR меняют количество линий

Top-of-Rack

При Top-of-Rack коммутатор устанавливается внутри серверной стойки. Серверные подключения остаются внутри нее, а за пределы стойки выходят только аплинки к следующему уровню сети.

Короткие соединения серверов с ToR-коммутатором могут выполняться через DAC. Такие сборки не используют оптические волокна, поэтому в расчет магистральной волоконной емкости входят только аплинки.

End-of-Row и Middle-of-Row

При End-of-Row или Middle-of-Row коммутаторы размещаются в отдельной стойке в конце или середине ряда. Каждый серверный интерфейс подключается отдельной линией к общему коммутатору.

Поэтому при одинаковом количестве серверных портов EoR и MoR обычно требуют больше межстоечных линий, чем ToR. Размещение кроссов, коммутационных зон и магистральных трасс определяется при проектировании СКС для ЦОД.

Leaf-Spine

Leaf-Spine — логическая архитектура сети. Физически Leaf-коммутаторы могут размещаться по схеме ToR, EoR или MoR.

Количество аплинков зависит от:

• числа Leaf-коммутаторов
• числа Spine-коммутаторов
• числа соединений между каждой парой устройств
• количества сетевых плоскостей

Если каждый Leaf подключен к каждому Spine одним линком, количество аплинков равно произведению числа Leaf и Spine.

Сколько волокон используют интерфейсы 100G и 400G

Нормативную основу характеристик Ethernet-интерфейсов задает IEEE 802.3. В действующую консолидированную редакцию IEEE 802.3-2022 включены ранее опубликованные спецификации 100GBASE-SR4, 100GBASE-DR, 400GBASE-DR4, 400GBASE-SR4.2, 100GBASE-FR1 и 400GBASE-FR4.

Приведенные типы разъемов и расстояния также подтверждаются актуальными спецификациями серийных модулей Cisco. У другого производителя состав модулей и поддержка конкретных режимов могут отличаться.

Параллельные интерфейсы

100GBASE-SR4, 400GBASE-SR4.2 и 400GBASE-DR4 используют четыре канала передачи и четыре канала приема. Поэтому для одного линка нужны восемь задействованных волокон.

Дуплексные интерфейсы

100GBASE-DR, 100GBASE-FR1 и 400GBASE-FR4 используют одну пару волокон: одно для передачи и одно для приема.

Это означает, что одинаковое количество линий может потребовать в четыре раза меньше задействованных волокон по сравнению с параллельным восьмиволоконным интерфейсом.

Однако количество волокон — только один параметр. При сравнении вариантов дополнительно учитывают совместимость и стоимость трансиверов, разъемы и допустимый бюджет потерь.

Base-8 и Base-12

Base-8 использует кабели и сборки с емкостью, кратной восьми волокнам. Для интерфейса SR4 все восемь волокон могут быть задействованы непосредственно.

Base-12 использует кабели и сборки с емкостью, кратной двенадцати. При прямом подключении одной SR4-линии отдельной сборкой MPO-12 задействуются восемь из двенадцати волокон.

Это не означает, что любая архитектура Base-12 обязательно теряет треть емкости. Преобразовательные модули 2×12 → 3×8 позволяют распределить 24 волокна двух Base-12-магистралей между тремя восьмиволоконными подключениями без незадействованных магистральных волокон.

Поэтому физическую емкость нельзя определять только по словам Base-8 или Base-12. Нужно учитывать схему кассет, модулей и сборок.

Расчет на примере 40 стоек

Исходные данные:

• 40 стоек
• 8 серверов в каждой стойке
• 2 линии 100G на один сервер
• служебные и управляющие подключения не учитываются
• дополнительный резерв не учитывается
• серверные порты не разделяются в исходных данных на плоскости A и B

Общее количество серверных линий:

40 × 8 × 2 = 640 линий 100G

Вариант 1. EoR и 100GBASE-SR4

Одна линия использует восемь задействованных волокон.

Для одной стойки:

8 серверов × 2 линии × 8 волокон = 128 волокон

Для 40 стоек:

128 × 40 = 5 120 задействованных волокон

Если применяется Base-8, физическая емкость для этих линий также составит 5 120 волокон.

Если для каждой линии используется отдельная сборка MPO-12:

640 × 12 = 7 680 физических волокон

Из них:

7 680 − 5 120 = 2 560 волокон не участвуют в передаче.

Значение 7 680 относится только к прямой схеме «одна линия — одна отдельная 12-волоконная сборка». При использовании преобразовательных модулей Base-12 физическая емкость может использоваться эффективнее.

Вариант 2. EoR и 100GBASE-DR или FR1

Один дуплексный одномодовый линк использует два волокна.

Для одной стойки:

8 серверов × 2 линии × 2 волокна = 32 волокна

Для 40 стоек:

32 × 40 = 1 280 волокон

По числу задействованных волокон это в четыре раза меньше, чем при 100GBASE-SR4:

5 120 ÷ 1 280 = 4

Вариант 3. ToR, DAC и четыре аплинка 400G-FR4

Предположим, что 16 серверных линий 100G внутри каждой стойки подключаются к ToR-коммутатору через DAC.

Совокупная пропускная способность серверных линий:

16 × 100G = 1,6 Тбит/с

Четыре аплинка по 400G обеспечивают такую же номинальную сумму скоростей:

4 × 400G = 1,6 Тбит/с

Один 400GBASE-FR4 использует два волокна.

Для одной стойки:

4 аплинка × 2 волокна = 8 волокон

Для 40 стоек:

8 × 40 = 320 волокон

Расчет показывает только влияние физической схемы на количество волокон. Он не сравнивает стоимость коммутаторов, трансиверов и эксплуатации.

Как учитывать плоскости A и B

Для независимых сетевых плоскостей расчет выполняют отдельно.

Нельзя автоматически удваивать уже полученное количество волокон, не определив:

• сколько серверных портов относится к каждой плоскости
• сколько аплинков предусмотрено в каждой плоскости
• дублируется ли полная полоса или только часть соединений

Например, если две линии 100G каждого сервера распределены по одной линии в плоскость A и B, то на каждую плоскость приходится половина серверных портов исходного примера.

Как рассчитать аплинки Leaf-Spine

Аплинки считают отдельно от серверных соединений.

Пример:

• 20 Leaf-коммутаторов
• 4 Spine-коммутатора
• один линк от каждого Leaf к каждому Spine

Количество аплинков:

20 × 4 = 80 линий

Если используется 400GBASE-FR4 с двумя волокнами на линк:

80 × 2 = 160 волокон

Если между каждой парой Leaf–Spine предусмотрено два физических соединения:

20 × 4 × 2 линии × 2 волокна = 320 волокон

Для нескольких независимых сетевых плоскостей расчет повторяют для каждой из них.

Как учитывать breakout

Breakout позволяет разделить один физический порт высокой скорости на несколько логических подключений меньшей скорости.

Например, для отдельных серийных модулей поддерживаются схемы:

• 400GBASE-DR4 → 4×100GBASE-DR
• 400GBASE-SR4.2 → 4×100GBASE-SR1.2
• специализированный модуль 4×100GBASE-FR1

Поддержка breakout зависит от трансивера, коммутатора, версии программного обеспечения и оборудования на противоположном конце линии. Наличие порта 400G само по себе не означает, что его можно разделить на четыре любых подключения 100G.

Дуплексный 400GBASE-FR4 также нельзя считать четырьмя независимыми линиями 100G. Четыре длины волны передают один агрегированный поток 400G по паре волокон.

Как учитывать резерв

Резерв трассы и резерв волокон нужно считать отдельно.

Резерв трассы

К нему относятся:

• свободное сечение кабельных лотков
• свободные проходки
• доступные позиции в кроссах
• возможность добавить кабель позднее

Резерв волокон

Он может включать:

• незадействованные волокна в магистральном кабеле
• отдельный резервный кабель
• дополнительные магистральные соединения

• независимый физический маршрут

   

Единого процента резерва для всех участков нет. Он зависит от критичности линии, планов развития и сложности последующего добавления кабеля.

В расчетной таблице резерв лучше показывать отдельной строкой, чтобы он не смешивался с необходимой емкостью действующих соединений.

Физические ограничения, влияющие на расчет

Рассчитанное количество линий должно помещаться в стойках, кроссах и кабельных трассах. Заполнение лотков, размещение кроссов и возможность расширения учитываются при проектировании и монтаже СКС.

Перед фиксацией результата проверяют:

• количество доступных портов и позиций в кроссах
• заполнение кабельных лотков
• направление ввода сборок в стойку
• допустимые радиусы изгиба
• возможность доступа к портам оборудования

Если рассчитанные сборки невозможно разместить или обслуживать, физическую схему подключения необходимо пересмотреть.

Типовые ошибки расчета

1. Смешение линий и волокон

Количество соединений принимают за количество волокон, хотя один линк может использовать два, восемь или больше волокон.

2. Смешение задействованных волокон и физической емкости

Для SR4 считают восемь волокон, но не учитывают, что отдельная сборка MPO-12 физически содержит двенадцать.

3. Учет только серверных портов

В расчет не включают аплинки Leaf–Spine, дополнительные соединения и независимые сетевые плоскости.

4. Автоматическое удвоение для A/B

Количество волокон удваивают без проверки того, как серверные порты и аплинки распределены между плоскостями.

5. Выбор SR4 без сравнения с дуплексной оптикой

Параллельный интерфейс используют по умолчанию, не сравнивая число волокон с DR или FR1.

6. Непроверенный breakout

Предполагают, что любой порт 400G поддерживает разделение на четыре линии 100G.

7. Универсальный запас

Одинаковый процент резерва назначают всем участкам независимо от доступности трасс и планов расширения.

8. Отсутствие исходных данных

В расчете не указаны типы интерфейсов, топология и допущения, поэтому итоговое число невозможно проверить.

Часто задаваемые вопросы

Как быстро оценить количество задействованных волокон?

Количество линий умножают на число волокон одного интерфейса.

Для 100 линий:

100GBASE-SR4: 100 × 8 = 800 волокон
100GBASE-DR или FR1: 100 × 2 = 200 волокон

Аплинки и резерв рассчитываются отдельно.

Всегда ли одномодовый интерфейс использует два волокна?

Нет. Дуплексные 100GBASE-DR, 100GBASE-FR1 и 400GBASE-FR4 используют два волокна. Параллельный одномодовый 400GBASE-DR4 использует восемь.

Всегда ли многомодовый интерфейс использует восемь волокон?

Нет. 100GBASE-SR4 и 400GBASE-SR4.2 используют восемь задействованных волокон, но существуют дуплексные многомодовые интерфейсы. Характеристики проверяют по конкретному стандарту и трансиверу.

Base-12 всегда требует больше волокон, чем Base-8?

Не всегда. При прямом подключении отдельной MPO-12-сборкой одна SR4-линия использует восемь из двенадцати волокон. Преобразовательные модули позволяют распределять волокна Base-12 между восьмиволоконными подключениями эффективнее.

Можно ли выбрать схему только по количеству волокон?

Нет. Расчет волоконной емкости показывает нагрузку на пассивную инфраструктуру, но не учитывает всю стоимость и ограничения активного оборудования.

Вывод

Количество волокон определяется числом сетевых линий и физическим интерфейсом каждого соединения.

В рассмотренном примере для 640 серверных линий потребовалось:

• 5 120 задействованных волокон при 100GBASE-SR4
• 7 680 физических волокон при отдельной MPO-12-сборке для каждой SR4-линии
• 1 280 волокон при дуплексном 100GBASE-DR или FR1
• 320 волокон при ToR и четырех дуплексных аплинках 400G-FR4 на стойку

Каждый результат должен сопровождаться исходными данными: топологией, количеством линий, типами интерфейсов, схемой Base-8/Base-12, числом аплинков и резервом. Без этих параметров итоговое количество волокон нельзя проверить или использовать для сравнения вариантов.

Технические источники

• IEEE 802.3-2022 — консолидированный стандарт Ethernet для скоростей до 400 Гбит/с.

   

• IEEE 802.3bm-2015 — спецификация 100GBASE-SR4.

   

• IEEE 802.3cd-2018 — физические интерфейсы 50/100/200 Гбит/с, включая 100GBASE-DR.

   

• IEEE 802.3cm-2020 — 400GBASE-SR4.2 по многомодовому волокну.

   

• IEEE 802.3cu-2021 — 100GBASE-FR1 и 400GBASE-FR4.

   

• Cisco 100GBASE QSFP-100G Modules Data Sheet — продуктовые характеристики модулей 100G.

   

• Cisco 400G QSFP-DD Cable and Transceiver Modules Data Sheet — модули 400G и поддерживаемые варианты breakout.