Ausführlicher Leitfaden zu 400G-Anwendungen

Da Open Systems, künstliche Intelligenz (KI), maschinelles Lernen und Cloud-Speicher den Datenverkehr sprunghaft wachsen lassen, stößt der 100G-Core angesichts des stetig wachsenden Datenverkehrs zunehmend an seine Grenzen. 400G mit niedriger Latenz und hoher Bandbreite erfüllt den dringenden Bedarf an hocheffizienten, hochdichten und energiesparenden Anwendungen wie 5G, 4K-Video und Virtual Reality (VR).

Faktoren für den 400G-Einsatz

400G entwickelt sich mit hoher Geschwindigkeit, angetrieben durch das explosive Wachstum des Netzwerkverkehrs durch Anwendungen mit massivem Bandbreitenbedarf. Typische Beispiele sind Cloud-Rechenzentren, die kommerzielle Nutzung von 5G, Video und die Förderung der Standardisierung von 400G-Produkten.

Cloud- und Hyperscale-Rechenzentren

Laut Equinix wird die globale Interconnection-Bandbreite von 2019 bis 2023 mit einer CAGR von 45% wachsen und bis 2023 über 16300 Tbpas erreichen. Ein Schlüsselfaktor, der diesen Trend antreibt, ist das schnelle Wachstum des Cloud-Computing-Traffics. Rechenzentren verlagern sich in die Cloud, und immer mehr Cloud- und Hyperscale-Rechenzentren befinden sich im Bau. Unabhängig davon, ob bestehende Rechenzentren aufgerüstet oder neue Rechenzentren neu aufgebaut werden, ist die 400G-Bereitstellung mit hoher Bandbreite und geringer Latenz ein Muss.

Kommerzielle 5G-Nutzung

5G bringt Edge-Computing-Technologie in seine Übertragungsarchitektur ein, wodurch Cloud-Ressourcen wie Computing, Speicherung und Netzwerk näher an die Nutzer gebracht werden. Mit 400G kann Edge Computing eine höhere Bandbreite und höhere Sicherheitsstufen erreichen, um auf mehr Endgeräte zuzugreifen sowie Daten zu verwalten und zu schützen.

Steigende Nachfrage nach Video-Traffic

Video ist das beliebteste Unterhaltungsmedium und macht 80% des gesamten Internetverkehrs aus. Dieser Trend ist noch deutlicher geworden, nachdem die Chronic Pandemic 19 seit 2020 die Welt heimgesucht hat. Immer mehr Geschäftsleute arbeiten von zu Hause aus (WFH) und verlassen sich bei der Zusammenarbeit auf Videos, etwa für Videokonferenzen, virtuelle Online-Anzeigen und Online-Unterricht. Durch die rasante Verbreitung von Live-Streaming und Internet-Prominenten gibt es eine beträchtliche Zahl von Freiberuflern und Arbeitslosen, die Videos zur Freizeitgestaltung oder zum Geldverdienen erstellen. Anforderungen an eine höhere Bildqualität haben die Einführung von 8K- und sogar 16K-HD-Videos vorangetrieben, was die Netzwerkinfrastruktur unter Druck setzt, für 50G/100G-Videodatenströme auf einen 400Gb/s-Kern zu migrieren.

400G Ethernet und Produktstandardisierung

Seit 400G Ethernet Ende 2017 genehmigt wurde, hat der Markt die Bereitstellung optischer 400G-Netzwerklösungen mit Standardisierung, Kommerzialisierung und großflächiger Entwicklung erlebt. Marken-Systemanbieter wie Cisco, Arista und Mellanox übernahmen die Führung bei der Einführung von 400G-Netzwerkausrüstung. Im Jahr 2017 stellte Mellanox vor Spectrum-2 offene Switches; Im Jahr 2008 bringen Cisco und Arista jeweils Switches der N9000/N3400-Serie mit 400G und 400G auf den Markt 7060X4 Serien-Switches. 

Dementsprechend floriert auch die 400G-Konnektivitätslösung, einschließlich 400G-Transceivern und 400G-Hochgeschwindigkeitskabeln (400G DAC, 400G AOC). 400G-Transceiver verwenden hauptsächlich drei Arten von Formfaktoren — QSFP-DD, OSFP und CFP8. QSFP-DD ist mit den Vorteilen einer breiten Abwärtskompatibilität, einer kompakteren Größe und eines geringeren Stromverbrauchs zum beliebtesten 400G-Formfaktor geworden.

Neben QSFP-DD sind weitere Trendtechnologien, die die Einführung von 400G zur dominierenden Entwicklung vorantreiben, RoCE, SmartNIC und 400G ZR/ZR+.

QSFP-DD

Der entscheidende Faktor, durch den sich QSFP-DD von den anderen 400G-fähigen Formfaktoren abhebt, ist seine Abwärtskompatibilität mit allen QSFP-basierten Transceivern, einschließlich QSFP+, QSFP28 und QSFP56. Diese Eigenschaft verleiht QSFP-DD eine gute Interoperabilität, um sich an ältere 40G/100G/200G-Netzwerke anzupassen. Darüber hinaus ist der Stromverbrauch ein wichtiger Faktor, wenn Systemkühlung und Betriebskosten berücksichtigt werden. Als theoretischer Wert beträgt der maximale Stromverbrauch des QSFP-DD-Transceivers 12W, was niedriger ist als die 15W des OSFP. Drittens ist QSFP-DD kleiner als OSFP, was eine höhere Port-Bandbreitendichte ermöglicht.

RoCE

RDMA über Converged Ethernet (RoCE) ist ein Netzwerkprotokoll, das Remote Direct Memory Access über Ethernet ermöglicht. RDMA hat gegenüber anderen Programmierschnittstellen den ursprünglichen Vorteil einer geringeren Latenz, niedriger CPU-Auslastung und hoher Bandbreite, was genau den Anforderungen von 400G-Anwendungen entspricht.

SmartNIC

Die Smart Network Interface Card (SmartNIC) ist ein programmierbarer Beschleuniger, der für die Verbesserung der Netzwerkeffizienz in Rechenzentren von entscheidender Bedeutung ist. Moderne SmartNIC bietet einen 200G/400G-Port für Konnektivität.

400G ZR/ZR+

400G ZR bietet eine Lösung zur Übertragung von 400-Gigabit-Ethernet-Nutzlasten über eine DCI-Verbindung von bis zu 80km mithilfe von DWDM und höherwertiger Modulation. 400G ZR+ erweitert die Reichweite über 80km hinaus. Diese kohärenten Optiken sollen die Komplexität der Interoperabilität mit verschiedenen Anbietern und älteren 100G/200G-Netzwerken in modernen, hochgradig konvergierten Netzwerken adressieren. Das 400G ZR/ZR+ Modul zeigt einen Trend zu breiter Akzeptanz in Hyperscale-Rechenzentren, verteilten Campus- und Metropolitan-Netzwerken sowie Anwendungen von Telekommunikationsbetreibern.

Anwendungsszenarien für 400G-Transceiver

Die 400G-Lösung ist darauf ausgelegt, den weiterhin wachsenden Datenverkehr zwischen Kommunikationsdienstleistern, Hyperscale-Cloud-Anbietern, großen Telekommunikationsanbietern, großen Rechenzentren und Unternehmen zu bewältigen.

Wir fassen die beliebtesten Verbindungslösungen mit 400G-Transceivern zusammen. Messen Sie unbedingt die Entfernung zwischen den beiden Enden, um zu entscheiden, welche Optiken verwendet werden sollen.

ToR-Switch-zu-Server-Verbindung

Im Serverraum werden die ToR Switches häufig oben im Rack (ToR), in der Mitte des Racks (MoR) oder unten im Rack (BoR) platziert, wo sich die Server im selben Rack befinden. In einer typischen ToR-Konfiguration ist die Entfernung zwischen dem Switch und dem Server im passiven Modus auf 7 Meter begrenzt. 

400G QSFP-DD DAC-Kabel sind häufig mit einer maximalen Länge von 3 Metern erhältlich und werden für die Verwendung in ToR-Switch-zu-Server-Verbindungen innerhalb von 2,5 Metern empfohlen.

400G QSFP-DD AOC-Kabel können Verbindungen von bis zu 100m unterstützen, ideal für ToR-Switch-zu-Server-Verbindungen innerhalb von 30 Metern.

Spine-Leaf-Switch-Verbindung

In einer Leaf-Spine-Topologie werden mehrere Leaf-Switches an einen Spine-Switch angeschlossen. In der modernen 2-stufigen Spine-Leaf-Architektur sind Leaf-Switches ToR-Switches. Diese Leaf/ToR-Switches sind Access-Switches, die den Datenverkehr von den Servern aggregieren und mit dem Kern der Spine-Schicht verbunden sind. Die Spine-Leaf-Entfernung liegt typischerweise innerhalb von 500 Metern. 

400GBASE-SR8 QSFP-DD  Module werden innerhalb von 100 Metern der Spine-Leaf-Switch-Verbindung eingesetzt. Sie können 400G-Daten über 100m über MTP/MPO-16 OM4-Multimodefasern übertragen.

Für Spine-to-Leaf-Switch-Verbindungen über 100 Meter hinaus setzen Netzbetreiber häufig 400G DR4 QSFP-DD-Transceiver, die 400G-Daten über 500m durch MTP/MPO-12-Singlemode-Fasern übertragen können.

400G Data Center Interconnect (DCI)

Um Endbenutzern den Zugriff auf Cloud-Daten und -Dienste zu ermöglichen, verbindet die DCI zwei oder mehrere Rechenzentren miteinander. Die Entfernung zwischen zwei 400G Ethernet-Rechenzentren variiert von kurz über mittel bis lang.

Für DCI innerhalb von 2km bereitstellen 400G FR4 QSFP-DD Transceiver und OS2 Singlemode-Fasern.

Für DCI innerhalb von 10km setzen Sie 400GBASE-LR8 QSFP-DD-Transceiver und OS2-Singlemode-Fasern ein.

Für DCI innerhalb von 40km setzen Sie 400GBASE-ER8 QSFP-DD-Transceiver und OS2-Singlemode-Fasern ein.

Für DCI innerhalb von 120km setzen Sie 400GBASE-ZR CSFP2 kohärente Transceiver und OS2 Singlemode-Fasern ein.

QSFPTEK bringt 400GBASE-Produkte auf den Markt, um Ihre Hochgeschwindigkeitskonnektivität zu sichern, einschließlich 400G QSFP-DD Transceiver, 400G DAC und 400G AOC. Kontakt [email protected] um ein Angebot zu erhalten.