Cisco QSFP 光トランシーバモジュールの究極ガイド

2024 年 6 月 28 日

キャサリン

光通信エンジニア

急速に変化する技術環境において、効率的で一貫したデータ伝送は重要です。高速ネットワーク環境では、間違いなく、Cisco QSFP (Quad Small Form-Factor Pluggable) 光トランシーバモジュールが不可欠です。このガイドは、さまざまなタイプの Cisco QSFP モジュールとその特性および用途を完全に理解することを目的としています。データセンターのパフォーマンスを改善しようとしている IT プロフェッショナルでも、より詳細な技術仕様を必要とするネットワークエンジニアでも、このガイドは、Cisco の光トランシーバに関する最適な決定を下すための十分な知識を身に付けるのに役立ちます。この記事を読み終えると、Cisco QSFP をネットワークインフラストラクチャに実装することで何が達成できるかをよりよく理解できるようになります。

Cisco QSFP 光トランシーバモジュールとは何ですか?

Cisco QSFPフォーマットの理解

QSFP 規格の後には、高速データ伝送用に開発された Cisco の QSFP 光トランシーバーモジュールが登場しました。QSFP+ は、最大 100 Gbps 以上のデータレートをサポートしているため、100 Gbps 以上で動作できます。このため、このフォーマットは高性能ネットワーク環境に適しています。Cisco QSFP モジュールには、QSFP+、QSF28、QSFP-DD などさまざまなタイプがあり、それぞれがさまざまなネットワーク要件に対応する機能を備えています。モジュールはホットスワップに対応しているため、ネットワークの動作に影響を与えることなく、すばやくインストールまたは交換できます。この機能に加えて、ほとんどの Cisco QSFP は、イーサネット、ファイバーチャネル、Infiniband などの複数のプロトコルをサポートしているため、同じネットワークリンク/インフラストラクチャセグメントを介して接続する他のデバイス間で異種性が存在する可能性のあるさまざまなネットワークシナリオで使用できるほど汎用性があります。

QSFPトランシーバーモジュールの主な機能

QSFP トランシーバーモジュールは、今日のネットワークシステムにおいて強力な機能と信頼性を備えていることで知られています。これらの高度な機能には次のものが含まれます。

高速データスループット: データ集約型アプリケーションに対するニーズの高まりに対応するため、QSFP は 40Gbps (QSFP+) から最大 400Gbps (QSFP-DD) までの非常に高い帯域幅をサポートします。
ホットスワップ機能: システムをシャットダウンせずに挿入または取り外しが可能で、中断時間が最小限に抑えられ、ネットワークの継続的な運用が保証されます。
さまざまなデバイスとの互換性: イーサネット、ファイバーチャネル、InfiniBand などのプロトコルは QSFP トランシーバーと効果的に連携できるため、さまざまなアプリケーションで使用できます。
省エネ機能: これらのデバイスの低消費電力により、パフォーマンスレベルを犠牲にすることなく運用コストを削減できます。
より優れた到達距離と接続オプション: このタイプのモジュールは、マルチモードファイバー (MMF) 経由の短いリンクと、シングルモードファイバー (SMF) 経由の長いリンクをサポートします。
フォームファクターの統合: QSFP モジュールは小型で軽量であるため、他のコンポーネントのための十分なスペースを残しながら、高密度のネットワークに簡単に適合できます。

データセンターと高性能コンピューティングにおける一般的な用途

高速データ転送と強力なネットワークパフォーマンスを実現するために、データセンターや高性能コンピューティング (HPC) 環境では QSFP トランシーバーモジュールが不可欠です。これらのタイプのモジュールは、一般的に以下のアプリケーションで使用されます。

トップオブラック (ToR) スイッチング: ToR スイッチ構成内で使用されるこれらは、サーバーとコアネットワークスイッチ間の相互接続を非常に高速に実現し、特定のデータセンターのさまざまな部分間で情報を効率的に移動することに貢献します。
高速相互接続: 大規模なシミュレーションや科学計算など、異なるノード間で高速かつ低遅延のデータ転送が必要なタスクの場合、これは QSFP モジュールによって提供されるこのようなタイプの接続を備えた HPC システムを使用することによってのみ可能になります。
クラウドコンピューティングインフラストラクチャ: クラウドサービスでホストされる仮想環境間でシームレスなリソース共有を可能にする、スケーラブルで柔軟なネットワークソリューションを実現するには、データセンターにこのような種類のトランシーバーを装備して、このようなネットワーク構造をサポートする必要があります。
ストレージエリアネットワーク (SAN): ストレージデバイスには、強化されたアクセス速度とストレージパフォーマンスが必要です。そのため、QSFP モジュールは、より高い帯域幅の接続を提供することで重要な役割を果たします。これにより、特に離れた場所にあるサーバーと一緒に使用した場合の全体的な効率が向上します。
ネットワーク集約: 複数の低帯域幅チャネルを 1 つの高帯域幅パスに統合して、ネットワーク全体の効率とスループットを向上させるシナリオでは、このような最適化には QSFP トランシーバーが必要になります。

Cisco QSFP-40G-SR4 モジュールはどのように機能しますか?

850nm 150mトランシーバーの動作原理

Cisco QSFP-40G-SR4 モジュールは、波長 850nm の短距離光通信の原理に基づいて動作します。このマルチモードファイバートランシーバーは、OM150 または OM3 ファイバータイプで最大 4 メートルのデータ伝送用に設計されています。このモジュールには 10 つの独立した全二重チャネルがあり、それぞれが 40 Gbps で伝送できるため、合計 XNUMX Gbps のデータレートに集約されます。

このプロセスは、850nm の光を放射する垂直共振器面発光レーザー (VCSEL) によって電気入力信号が光信号に変換され、光ファイバーケーブルを介して伝送されるところから始まります。受信側では、光検出器が光信号を電気信号に戻し、効率的で高速なデータ通信を実現します。このようなアーキテクチャにより、このような機能が求められるデータセンターや HPC 環境内の異なるポイントオブプレゼンス間で、低遅延で高スループットの転送が可能になります。

マルチモードファイバー（MMF）との互換性

Cisco QSFP-40G-SR4 モジュールは、OM3 や OM4 などのマルチモードファイバ (MMF) をサポートしています。これらのタイプのファイバは、短距離でのデータ送信に使用されます。OM3 ファイバは最大 100 メートル、OM4 ファイバは 150Gbps の速度で 40 メートルまで到達できます。この機能により、互いに近接した高帯域幅接続を必要とする限られたスペースのデータセンターやエンタープライズネットワークで最適なパフォーマンスとコスト効率が保証されます。MMF を使用すると、インフラストラクチャの費用が削減され、QSFP-40G-SR4 モジュールの 850nm 波長を介して高速データがサポートされるため、高速通信が維持されます。

40G イーサネット接続オプションの理解

40G イーサネット接続のオプションを理解するには、さまざまなトランシーバーモジュールとケーブル標準を考慮することが重要です。選択肢には、直接接続銅ケーブル、アクティブ光ケーブル (AOC)、QSFP+ モジュールなどのさまざまな光トランシーバーが含まれます。

ダイレクトアタッチ銅線 (DAC): これらはコスト効率と電力効率に優れたソリューションであり、主にデータセンター内のラック間または隣接する種類の機器間の最大 7 メートルの短距離接続に使用されます。
アクティブ光ケーブル (AOC): トランシーバーが内蔵されており、DAC よりもはるかに長い距離 (最大 100 メートル) をカバーできます。AOC は、データセンター環境内で拡張範囲で高い柔軟性が求められる場合に最適です。
QSFP+ 光トランシーバー: これらのトランシーバーは、シングルモードファイバーとマルチモードファイバーの両方と互換性があり、さまざまな距離に柔軟に対応します。たとえば、QSFP-40G-SR4 は OM3 および OM4 ファイバーで動作し、低遅延で最大 150 メートルまで対応できるため、高密度データセンターに最適です。

各オプションには、特定のアプリケーションのニーズに応じて独自の利点があり、多様なネットワークシナリオ向けに設計された信頼性の高い 40G イーサネット接続を提供します。

Cisco QSFP トランシーバーを使用する利点は何ですか?

エンタープライズコアおよび配信ネットワークのパフォーマンスを向上

Cisco QSFP トランシーバーは、現代のデータ集約型アプリケーションに必要な低遅延、高帯域幅の接続を提供することで、企業ネットワークのコアおよび配信領域でより優れたパフォーマンスを保証します。このさまざまなトランシーバーは、さまざまなデータ転送速度とプロトコルをサポートしているため、システム間の相互運用性を低下させることなく、あらゆるインフラストラクチャに簡単に統合できます。Cisco QSFP は、信号損失の少ない強力で安定した接続を保証する高度な光技術に基づいて動作します。これは、ネットワークを介して送信される情報の整合性を維持することで、ネットワーク全体の効率的な機能にとって非常に重要です。これに加えて、デジタル光モニタリング (DOM) などの便利な機能もあります。これにより、管理者はリアルタイムの問題を検出して迅速に解決することで、ネットワークをより効果的に制御できるため、運用コストが削減され、全体的なパフォーマンスが最適化されます。Cisco が製造するようなデバイスは、ワイドエリアネットワーク (WAN) を介して接続された多数の支店や子会社を持つ大規模な組織内の回復力など、さまざまなレベルでのスケーラビリティを提供するため、エンタープライズ環境に不可欠です。

データセンター向け高密度接続

データセンターのスペースを節約し、ケーブル管理を簡素化するために、Cisco QSFP トランシーバは高密度接続を可能にします。これらのトランシーバを使用すると、複数の 10G リンクを 40 つの XNUMXG リンクに組み合わせることができるため、必要な物理接続の総数が減ります。これにより、ケーブル配線エラーのリスクが低減し、メンテナンスと拡張が容易になります。QSFP フォームファクタはコンパクトでモジュール化されているため、さまざまなネットワークトポロジに柔軟に導入できます。さらに、Cisco QSFP トランシーバはさまざまなスイッチおよびルータプラットフォームで動作するため、動的で進化するデータセンター環境の相互運用性が確保されます。したがって、クラウドサービスや仮想化テクノロジでは、レイテンシを最小限に抑えながら帯域幅のニーズを満たすためにこのようなタイプの接続が必要であり、これによりこれらの施設内の情報処理速度が向上します。

高性能コンピューティングにおける QSFP オプティクスの利点

高性能コンピューティング (HPC) 環境では、QSFP オプティクスは多くのメリットをもたらします。まず第一に、HPC アプリケーションに共通する高いデータ転送需要に必要な最大 100 Gbps のデータレートをサポートできる拡張帯域幅容量を備えています。第二に、QSFP トランシーバーを使用することでエネルギー効率が向上します。これは、古いトランシーバーモデルと比較して消費電力を削減する高度なテクノロジを利用することで実現されます。その結果、運用コストが大幅に削減され、電力使用量の削減による環境へのダメージも軽減されます。第三に、これらのモジュールは、ネットワーク機器内で占有するスペースが少なくて済むように小型に設計されていますが、モジュール性は維持されているため、デバイスあたりのポート数が増え、ネットワーク全体のスペース利用率が向上し、ケーブルインフラストラクチャが簡素化されます。第四に、これらのデバイスは低レイテンシ値を示します。これは、このようなシステムでは、遅延に対する許容レベルが低いデータを処理し、アプリケーションを実行することが予想されるため、優れた計算パフォーマンスを維持するために重要な要素です。最後に、相互運用性とスケーラビリティを組み合わせることで、既存のネットワークフレームワークへの容易な統合が保証され、時間の経過とともに必要となる計算能力の要件の変化に対して HPC クラスターの適応性を確保しながら、スムーズな拡張機能が可能になります。

適切な Cisco QSFP 光トランシーバモジュールを選択するにはどうすればよいでしょうか?

互換性のあるQSFPモジュールを選択するための基準

ネットワークインフラストラクチャが最適に動作することを保証するには、相互に連携できる QSFP モジュールを選択する際に、いくつかの点を考慮する必要があります。

データレートの要件: ネットワークの帯域幅要件を満たすために、QSFP モジュールが 40 Gbps や 100 Gbps など、アプリケーションに必要なデータレートをサポートしているかどうかを確認します。
距離とファイバータイプ: サポートされている伝送距離を確認して、シングルモードまたはマルチモードのファイバーケーブルで使用できるかどうかを確認します。これにより、このトランシーバーをネットワークの物理的なレイアウトと距離の要件に適合させることができます。
異なるベンダーのモジュール間の互換性: 1 つの環境でさまざまなベンダーのモジュールを使用するときにパフォーマンスが低下しないことを確認します。モジュールは問題なく連携して動作する必要があります。
消費電力: 低電力モデルは DC での発熱を抑えながら運用コストを節約するため、これらのデバイスが消費する電力を評価します。
予算とコスト効率: 手頃な価格でありながら信頼性の高いモジュールを選択する際には、初期投資と将来のエネルギー使用量の節約および運用の信頼性を考慮してください。
QSFP モジュールの互換性: 既存のセットアップ内に既にインストールされているスイッチ、ルーターなどの他のデバイスと簡単に接続できるかどうかを確認し、統合プロセス中の接続の問題を防止します。

これらの組織は、ANSI TIA/EIA-568-C シリーズ (米国) および ISO/IEC 11801 Ed2 (国際) などの特定の標準を設定しています。

さまざまなイーサネット接続オプションに関する考慮事項

イーサネットをネットワークに接続するさまざまな方法を検討する際、できるだけ情報に基づいた選択を行うために、いくつかの重要な点について考えます。まず最初に行うことの 10 つは、さまざまなデータレートとその可用性 (25GbE、100GbE、必要に応じて最大 XNUMXGbE) を検討して、アプリケーションの速度ニーズを評価することです。このステップが正常に完了したら、次に物理メディアの種類を決定します。物理メディアの種類には、距離要件とともに必要なパフォーマンスレベルに最も適したものに応じて、銅線ケーブルまたは光ファイバーケーブルのいずれかが含まれます (通常、光ファイバーは長距離で高速です)。検討する価値のあるもう XNUMX つの点は、イーサネットソリューションが現在のインフラストラクチャと互換性があるかどうかです。互換性がないと、これらの標準をサポートする新しいデバイスを購入しなければならないか、まったく使用できなくなる可能性があります。ただし、この点に加えて、業界標準化のサポートと異なるベンダーの機器間の互換性も確認する必要があります。そうすれば、互換性のないハードウェア/ソフトウェアの組み合わせが原因で後で問題が発生することなく、すべてがスムーズに連携します。さまざまな信頼できるオンラインソースから取得したこれらすべての要素は、利用可能なリソースに基づいて可能な限りネットワークの改善を確実に行いながら、ネットワーク全体の信頼性を向上させるためにどのオプションが最も適しているかを判断するのに役立つはずです。

MMSA準拠と光学仕様

MMSA コンプライアンスと光学仕様に関する質問に答えるには、いくつかの点に注意する必要があります。まず、異なるメーカーの製品間の互換性に関するマルチソースアグリーメント標準に準拠していることを確認する必要があります。これには、10GbE の SFP+、40GbE の QSFP+、28GbE の QSFP100 など、他の関連仕様も満たしているかどうかを確認することも含まれます。

波長、伝送距離、電力バジェットなどの詳細な光学仕様をネットワークのニーズに照らして評価します。また、フォームファクター、温度範囲、および光出力電力、レーザーバイアス電流、温度などのパラメータをリアルタイムで監視できるデジタル診断監視機能も考慮します。

MMSA コンプライアンス要件に従い、光ファイバーの特性を徹底的に精査することにより、ネットワークインフラストラクチャ内に光トランシーバーを展開する際の信頼性と効率性を確保することが重要です。

現代のネットワークにおける Cisco QSFP-4X10G-LR-S の役割は何ですか?

QSFP-4X10G-LR-S モジュールの概要

Cisco QSFP-4X10G-LR-S モジュールは、長距離にわたってデータを高速送信できるため、現代のネットワーク設計において重要です。この Quad Small Form-Factor Pluggable (QSFP) モジュールは、40 つの独立した 40GbE レーンを介して 10 ギガビットイーサネット (XNUMXGbE) をサポートしているため、簡単に拡張でき、他のほとんどのモジュールよりも優れたパフォーマンスを発揮します。通常、スイッチ間リンク、データセンター、および高性能コンピューティングネットワークに使用されます。

QSFP-4X10G-LR-S は、最大 10 km のシングルモードファイバー (SMF) で動作する長距離トランシーバーで、大規模な設置に適しています。IEEE 802.3ae 10GBASE-LR/LW 規格および 40GBASE-LR4 に準拠しているため、現在導入されているインフラストラクチャとの互換性が保証されます。これらの機能に加えて、このモジュールは消費電力が少なく、業界の要件を満たしながら強力な診断機能を備えているため、ネットワークのトラフィック量が多い場所でも信頼性があります。

データセンターにおける利点と応用

データセンターでは、Cisco QSFP-4X10G-LR-S モジュールにはいくつかの利点があります。まず、40GbE および 10GbE レーンを柔軟にサポートできるため、ネットワークインフラストラクチャがさまざまな時代の帯域幅のニーズを満たすのに十分な拡張性を備えていることが保証されます。次に、シングルモードファイバー (SMF) 光ケーブルを使用することで、このモジュールは最大 10 キロメートルまで到達できるため、地理的に離れた地域間の相互接続が可能になり、操作が合理化され、遅延が短縮されます。

アプリケーションに関しては、QSFP-4X10G-LR-S は、アグリゲーションスイッチとコアスイッチ間の迅速な接続を提供するため、スイッチ間接続に非常に便利です。これにより、データフロー管理を強化しながら、ネットワーク全体のパフォーマンスを向上させることができます。また、IEEE 標準に準拠しているため、問題なく他のシステムに統合でき、組織内または必要に応じて異なる機関間で使用されるさまざまなデバイス間の互換性が促進されます。さらに、エネルギー効率により電力が節約され、特に大規模なデータセンターを運用する場合に発生するコストが削減されます。また、運用期間中の電力の無駄が少なくなるため、環境問題にも配慮されています。

コネクタの種類とブレークアウトケーブルについて

データセンターインフラストラクチャは、ブレークアウトケーブルとコネクタタイプを使用して構成および最適化できます。通常、QSFP-4X10G-LR-S モジュールは、LC コネクタを使用してシングルモードファイバー (SMF) とインターフェイスします。これらの小型 LC コネクタにより、ネットワーク機器用のスペースが広がります。

逆に、ブレークアウトケーブルは、単一の高帯域幅接続を複数の低帯域幅接続に分割します。QSFP-4X10G-LR-Sモジュールの場合、QSFP+から4x SFP+ ブレイクアウトケーブルが一般的に適用されます。この設定では、40 つの 10GbE 接続を XNUMX つの XNUMXGbE 接続に分割できるため、ネットワークを柔軟に設計し、必要に応じてスケールアップまたはスケールダウンできます。

データセンターでは、適切なブレークアウトケーブルとコネクタタイプを使用することで、全体的なネットワークスループットと高密度インストールを最適化できます。これにより、ネットワークはさまざまな帯域幅のニーズに応じて自動的に調整され、ピークレベルで確実にパフォーマンスを発揮できるようになります。

参照ソース

小型フォームファクタプラガブル

100ギガビットイーサネット

マルチモード光ファイバー

よくある質問（FAQ）

Q: Cisco QSFP 光トランシーバモジュールとは何ですか?

A: Cisco QSFP 光トランシーバは、Cisco が製造するホットプラグ可能なデータ通信アプリケーション用のコンパクトなモジュールです。高密度データセンターで、データ用のイーサネットオプションを含む高速接続オプションを提供します。

Q: QSFP という略語について説明してください。

A: Quad Small Form-Factor Pluggable の略で、より高いデータレートと高密度のネットワーク環境をサポートするように設計された光トランシーバーモジュールの一種です。

Q: 広く使用されている Cisco QSFP モジュールの種類の例をいくつか挙げてください。

A: 一般的に使用されているタイプとしては、Cisco QSFP-40G-SR4 互換 40GBASE-SR4 QSFP、Cisco QSFP-40G-SR4 互換 QSFP、40G および QSP モジュールなどがあります。これらのモジュールは、さまざまな高密度イーサネット接続オプションを提供します。

Q: MMF 光トランシーバーモジュールと SMF 光トランシーバーモジュールの違いを教えてください。

A: 40G 光トランシーバなどの MMF (マルチモードファイバー) 光トランシーバモジュールは、OM150 マルチモードファイバーを使用して最大 4 メートルの短距離を対象としています。これに対し、SMF (シングルモードファイバー) トランシーバは、シングルモードファイバーケーブルを介してより長い距離をサポートします。

Q: Cisco Qsfp モジュールが準拠している業界標準はありますか?

A: はい、MSA (Multi-Source Agreement) 標準に準拠しており、他の互換性のあるトランシーバーや、さまざまなメーカーが製造したネットワークデバイスと連携して動作します。

Q: Cisco QSFP トランシーバではどのような種類のデータレートがサポートされていますか?

A: Cisco QSFP トランシーバは、40GBASE-SR40 QSFP モジュールの 4Gbps など、さまざまなデータレートをサポートしています。これにより、クライアントはデータセンターアプリケーションに幅広い高密度イーサネット接続オプションを利用できるようになります。

Q: QSFP トランシーバーを使用してネットワークデバイスを接続するにはどうすればよいですか?

A: 一般的に、QSFP トランシーバーはネットワークスイッチの QSFP ポートに挿入します。QSFP デバイス間の直接接続は、短距離の場合は QSFP から QSFP への銅線直接接続ケーブル、長距離の場合は光リンクを介して行うことができます。

Q: QSFP モジュールのサポートリンク長とはどういう意味ですか?

A: サポートされるリンク長は、モジュールがデータを確実に送信しながらカバーできる最大距離を示します。たとえば、特定のタイプの QSFPS モジュールは、OM100 マルチモードファイバー経由で最大 4 メートルのリンク長をサポートします。

Q: 互換性のある 40G QSFP トランシーバーはありますか?

A: はい、シスコは、多様な接続オプションに対応するために、Cisco 40GBASE-QSFP やその他の準拠トランシーバを含む、さまざまな互換性のある 40G QSFP トランシーバを提供しています。

Q: 高密度 QSFP モジュールを使用する必要があるのはなぜですか?

A: 高密度 QSFP モジュールを使用すると、組織はデータセンター内の限られたスペースを最大限に活用しながら、強力でスケーラブルなデータ用イーサネット接続オプションを提供できます。これにより、ネットワークの全体的なパフォーマンスと効率が向上します。

Cisco QSFP 光トランシーバ モジュールの究極ガイド