什么是直连铜缆（DAC）？

背景

在数据中心和网络基础设施领域，光纤通信（Optical Communication）通常占据主导地位，特别是在长距离传输和高带宽场景中。然而，在机架内部（Intra-rack）的短距离连接中，直接附接铜缆（Direct Attach Copper, 简称 DAC）依然扮演着不可或缺的角色。

STH（Server Technology Hub）在其技术指南系列中，虽然主要聚焦于光纤光学技术，但注意到读者经常询问关于 DAC 的具体定义、类型及应用场景。鉴于 DAC 在降低成本、提高可靠性方面的独特优势，本文旨在提供一份关于 DAC 电缆的全面指南，解释其工作原理、类型、限制因素以及选型建议。

核心内容

什么是 DAC（直接附接铜缆）？

DAC 是一种两端带有特定模块的铜缆，允许设备通过铜线直接通信。其核心特征包括：

1. 结构：通常由 ~26-28 AWG（美国线规）的双轴铜线组成。
2. 连接器：两端配备特定类型的连接器（如 QSFP+、SFP+ 等）。
3. 固定长度：与可插拔的光模块不同，DAC 的电缆长度是固定的，最大长度受限于信号完整性。
4. 屏蔽机制：随着传输速度的提升，铜缆周围的电磁屏蔽层会相应增加，以确保通信的可靠性。

例如，两端均为 QSFP+ 连接器的 DAC 电缆，用于在两个设备间建立固定长度的连接。虽然光纤对于长距离数据传输至关重要，但在 400GbE 及更高速度时代，铜缆在高速下的有效传输距离受到限制。未来几年，DAC 仍将是单机架内设备间连接的主流选择，而机架间及更远距离的连接将主要依赖光通信。

分支 DAC（Breakout DAC）电缆

除了标准的双端对等连接，还有一种重要的类型是分支 DAC（Breakout DAC）。

• 原理：以 QSFP+（40GbE）为例，“Q”代表 Quad（四通道）。QSFP+ 连接器实际上承载了四个 SFP+ 通道（每个 10Gbps，总计 40Gbps）。同理，QSFP28（100GbE）也基于此概念。
• 应用：为了连接多个低速设备，可以使用高密度接口（如 QSFP+ 或 QSFP28）进行分流。例如，一端为单个 QSFP+ 接口，另一端分为四个 SFP+ 接口，从而将 40Gbps 带宽分配给四个 10Gbps 设备。
• 兼容性注意：虽然概念上可行，但并非所有交换机、路由器、网卡（NIC）、服务器或存储设备都支持分支功能。尽管大多数现代设备支持，但仍存在例外。例如，HPE 620QSFP28 网卡虽然物理上是一个 QSFP28 端口，但在逻辑上可被视为四个独立的 25GbE 设备。
• 其他形式：还存在 QSFP+ 转 1x SFP+ 或 QSFP28 转 1x SFP28 的 DAC，用于将高速网卡连接到低速交换机。

DAC 的传输距离与物理特性

• 距离限制：随着速度超过 100GbE，DAC 的有效传输距离通常限制在 5 米或更短。
• 物理形态变化：速度越高，所需的屏蔽层越多，导致电缆变得更粗、更硬。例如，100GbE QSFP28 DAC 比 40GbE QSFP+ DAC 更厚且更僵硬，这使得在机架内布线更具挑战性。不过，与光纤相比，DAC 对弯曲半径的敏感度较低。
• 类型区分：
  • 无源 DAC（Passive）：功耗较低，但传输距离较短。
  • 有源 DAC（Active）：功耗较高，但能提供更长的传输距离。
  • 需要注意的是，即使是有源 DAC，其传输距离仍无法与光连接相比。此外，还有有源光缆（AOC），它们也是预组装的固定长度解决方案，但利用光通信可实现更远距离传输。

为何不全部使用光模块？

选择 DAC 而非光模块（Optics）的主要原因在于成本和功耗：

1. 硬件复杂性：
   • DAC：实现的是铜到铜的直接电气连接，结构简单。
   • 光模块：需要复杂的信号转换。发送端需将电信号转换为光信号，接收端需将光信号转换回电信号。这种双向转换增加了硬件复杂性和成本。
2. 运营与硬件成本：光模块通常更昂贵且功耗更高。在机架内部署时，DAC 的简单性使其成为极具成本效益且高度可靠的选择。

如何选择合适的 DAC？

在选择 DAC 时，主要关注两个关键因素：速度和厂商兼容性。

1. 速度规格对照表

以下是常见的以太网代际转换标准：

10GbE / 40GbE 代际

• 10GbE 到 10GbE：SFP+ 到 SFP+
• 40GbE 到 40GbE：QSFP+ 到 QSFP+
• 40GbE 到 4x 10GbE：QSFP+ 到 4x SFP+
• 40GbE 到 1x 10GbE：QSFP+ 到 SFP+

25GbE / 50GbE / 100GbE 代际

• 25GbE 到 25GbE：SFP28 到 SFP28
• 50GbE 到 50GbE：QSFP28 到 QSFP28
• 100GbE 到 100GbE：QSFP28 到 QSFP28
• 100GbE 到 4x 25GbE：QSFP28 到 4x SFP28
• 100GbE 到 2x 50GbE：QSFP28 到 2x QSFP28
• 100GbE 到 1x 25GbE：QSFP28 到 1x SFP28
• 100GbE 到 1x 50GbE：QSFP28 到 1x QSFP28

注：该模型同样适用于 QSFP56、QSFP-DD 及更高代际。

2. 厂商兼容性（Vendor Compatibility）

• 光模块的锁定：许多交换机、路由器、服务器和存储厂商会锁定光模块，仅兼容经过验证的自家品牌光模块。例如，若要在 Cisco 路由器和 HPE 交换机之间连接，通常需要在两端分别使用 Cisco 和 HPE 的光模块。
• DAC 的灵活性：由于 DAC 的两端固定在电缆上，厂商的限制策略有所不同。虽然设备对 DAC 品牌仍可能有挑剔之处，但相比光模块，使用 DAC 时的兼容性限制通常较少。不过，在采购时仍需留意具体设备的兼容性列表。

关键要点

• 定义与结构：DAC 是两端带有模块的固定长度铜缆，利用双轴铜线进行设备间直接通信，速度越高屏蔽要求越高。
• 应用场景：DAC 主要用于单机架内（Intra-rack）的短距离高速连接；机架间及长距离连接应使用光通信。
• 分支技术（Breakout）：利用 QSFP+/QSFP28 的多通道特性，可将高速接口分流为多个低速接口（如 40G 转 4x10G），但需确认网络设备是否支持此功能。
• 物理限制：高速 DAC（如 100GbE）更粗、更硬，布线难度增加，但对弯曲半径不敏感。
• 成本优势：相比光模块，DAC 结构简单、无需