Guía detallada de aplicaciones 400G

Con los sistemas abiertos, la inteligencia artificial (IA), el aprendizaje automático y el almacenamiento en la nube impulsando un crecimiento acelerado del tráfico, el núcleo 100G comienza a verse sobrepasado por el flujo de tráfico en constante crecimiento. 400G, con funciones de baja latencia y gran ancho de banda, responde a la necesidad urgente de aplicaciones de alta eficiencia, alta densidad y ahorro de energía, como 5G, video 4K y realidad virtual (VR).

Factores impulsores del despliegue de 400G

400G se desarrolla a gran velocidad, impulsado por el crecimiento explosivo del tráfico de red debido a aplicaciones de ancho de banda masivo. Los ejemplos típicos son los centros de datos en la nube, el uso comercial de 5G, el video y la promoción de la estandarización de productos 400G.

Centros de datos en la nube e hiperescala

Según Equinix, el ancho de banda de interconexión global crecerá a una CAGR del 45% de 2019 a 2023 y alcanzará más de 16300 Tbpas para 2023. Un factor clave que impulsa esta tendencia es el rápido crecimiento del tráfico de computación en la nube. Los centros de datos se están trasladando a la nube y se están construyendo más centros de datos en la nube y de hiperescala. Ya sea que se actualicen centros de datos existentes o se reconstruyan nuevos centros de datos, la implementación de 400G con alto ancho de banda y baja latencia es imprescindible.

Uso Comercial de 5G

5G incorpora la tecnología de computación en el borde a su arquitectura de transmisión, lo que permite que los recursos en la nube, como la computación, el almacenamiento y la red, estén más cerca de los usuarios. Con 400G, la computación en el borde puede obtener mayores niveles de ancho de banda y seguridad para acceder a más dispositivos finales y gestionar y proteger los datos.

Creciente demanda de tráfico de vídeo

El video es el medio de entretenimiento más popular, y representa el 80% de todo el tráfico de Internet. Esta tendencia se ha vuelto aún más evidente después de que la pandemia crónica 19 asolara el mundo desde 2020. Más profesionales de negocios trabajan desde casa (WFH) y dependen de los videos para colaborar, como reuniones por video, pantallas virtuales en línea y clases en línea. Con la propagación viral de la transmisión en vivo y las celebridades de Internet, una cantidad considerable de trabajadores freelance y desempleados realizan videos por ocio o para ganar dinero. Los requisitos de mayor calidad de imagen impulsaron la adopción de videos HD 8K e incluso 16K, lo que ejerce presión sobre la infraestructura de red para migrar a un núcleo de 400Gb/s para flujo de video de 50G/100G.

Ethernet 400G y estandarización de productos

Desde que Ethernet 400G se aprobó a finales de 2017, el mercado ha visto el despliegue de soluciones de redes ópticas 400G con estandarización, comercialización y desarrollo a gran escala. Proveedores de sistemas de marca como Cisco, Arista y Mellanox tomaron la delantera en el nacimiento de equipos de red 400G. En 2017, Mellanox presentó Spectrum-2 switches abiertos; En 2008, Cisco y Arista lanzan respectivamente switches 400G de las series N9000/N3400 y 400G 7060X4 conmutadores de serie. 

En consecuencia, la solución de conectividad 400G también está en auge, incluidos los transceptores 400G y los cables de alta velocidad 400G (400G DAC, 400G AOC). Los transceptores 400G adoptan principalmente tres tipos de factores de forma — QSFP-DD, OSFP y CFP8. QSFP-DD, con las ventajas de una amplia compatibilidad retroactiva, un tamaño más compacto y un menor consumo de energía, se convierte en el factor de forma 400G más popular.

Además de QSFP-DD, otras tecnologías en tendencia que impulsan la adopción de 400G hacia el predominio son RoCE, SmartNIC y 400G ZR/ZR+.

QSFP-DD

El factor decisivo que hace que QSFP-DD destaque frente a los otros factores de forma compatibles con 400G es su compatibilidad retroactiva con todos los transceptores basados en QSFP, incluidos QSFP+, QSFP28 y QSFP56. Esta característica proporciona a QSFP-DD una buena interoperabilidad para adaptarse a las redes heredadas de 40G/100G/200G. Además, el consumo de energía es un factor clave al tener en cuenta la refrigeración del sistema y los gastos operativos. En un valor teórico, el consumo máximo de energía del transceptor QSFP-DD es de 12W, que es inferior a los 15W del OSFP. En tercer lugar, el QSFP-DD tiene un tamaño menor que OSFP, lo que proporcionará una mayor densidad de ancho de banda de puertos.

RoCE

RDMA sobre Ethernet convergente (RoCE) es un protocolo de red que permite el acceso directo remoto a memoria a través de Ethernet. RDMA tiene la ventaja original sobre otras interfaces de programación de menor latencia, bajo uso de CPU y gran ancho de banda, lo que coincide exactamente con los requisitos de las aplicaciones 400G.

SmartNIC

La tarjeta de interfaz de red inteligente (SmartNIC) es un acelerador programable, vital para mejorar la eficiencia de las redes de los centros de datos. La SmartNIC moderna proporciona un puerto 200G/400G para conectividad.

400G ZR/ZR+

400G ZR proporciona una solución para transmitir las cargas útiles de 400 Gigabit Ethernet a través de un enlace DCI de hasta 80km utilizando DWDM y modulación de alto orden. 400G ZR+ amplía el alcance más allá de 80km. Estas ópticas coherentes están destinadas a abordar la complejidad de la interoperabilidad con diferentes proveedores y redes heredadas 100G/200G en redes modernas altamente convergentes. El módulo 400G ZR/ZR+ está mostrando una tendencia de amplia adopción en centros de datos de hiperescala, campus distribuidos y redes metropolitanas, así como en aplicaciones de operadores de telecomunicaciones.

Escenarios de Aplicación de Transceptores 400G

La solución 400G tiene como objetivo abordar el continuo crecimiento del tráfico entre proveedores de servicios de comunicación, proveedores de nube a hiperescala, grandes proveedores de telecomunicaciones, grandes centros de datos y empresas.

Concluimos las soluciones de conexión más populares con transceptores 400G. Recuerde medir la distancia entre los dos extremos para decidir qué ópticas usar.

Interconexión de conmutador ToR a servidor

En la sala de servidores, los switches ToR suelen colocarse en la parte superior del rack (ToR), en el medio del rack (MoR) o en la parte inferior del rack (BoR), donde los servidores se encuentran en el mismo rack. En una configuración ToR típica, la distancia entre el switch y el servidor se limita a 7 metros en modo pasivo. 

El cable DAC 400G QSFP-DD suele estar disponible para una longitud máxima de 3 metros; se recomienda usarlo en interconexiones ToR switch-servidor de hasta 2,5 metros.

El cable AOC 400G QSFP-DD puede admitir enlaces de hasta 100m, ideal para la interconexión ToR de switch a servidor dentro de 30 metros.

Interconexión de switches Spine-Leaf

En la topología leaf-spine, varios switches leaf estarán conectados a un switch spine. En la arquitectura spine-leaf moderna de 2 niveles, los switches Leaf son switches ToR. Estos switches leaf/ToR son switches de acceso que agregan el tráfico de los servidores y están vinculados a la capa central spine. La distancia spine-leaf suele estar dentro de los 500 metros. 

Los módulos 400GBASE-SR8 QSFP-DD  se aplican dentro de los 100 metros de la interconexión de switches spine-leaf. Pueden transportar datos 400G a lo largo de 100 m mediante fibras multimodo MTP/MPO-16 OM4.

Para conexiones de switches spine-to-leaf de más de 100 metros, los operadores de red suelen implementar 400G DR4 Transceptores QSFP-DD, que pueden entregar datos 400G a lo largo de 500m a través de fibras monomodo MTP/MPO-12.

Interconexión de centros de datos (DCI) 400G

Para permitir que los usuarios finales accedan a datos y servicios en la nube, la DCI conecta dos o varios centros de datos entre sí. La distancia entre dos centros de datos Ethernet 400G varía de corta a media y larga.

Para DCI dentro de 2km, implementar 400G FR4 transceptores QSFP-DD y fibras monomodo OS2.

Para DCI dentro de 10km, despliegue transceptores 400GBASE-LR8 QSFP-DD y fibras monomodo OS2.

Para DCI dentro de 40 km, implemente transceptores 400GBASE-ER8 QSFP-DD y fibras monomodo OS2.

Para DCI dentro de 120km, implemente transceptores coherentes 400GBASE-ZR CSFP2 y fibras monomodo OS2.

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