La guía definitiva de 100G Gigabit Ethernet

La evolución actual del mundo de las redes se orienta hacia un enfoque basado en datos para satisfacer las crecientes demandas de las redes. Para la red troncal de la Ethernet de próxima generación, 100 Gigabit Ethernet (100 GbE) es actualmente la opción más ampliamente disponible, y el desarrollo de esta red impulsa el crecimiento continuo de la capacidad para los proveedores de red, la adopción de redes con alta demanda de ancho de banda y la evolución de TDM al transporte de paquetes en redes metropolitanas. Este artículo describe qué es 100 GbE, su trayectoria evolutiva, cómo aporta beneficios y en qué sectores se está utilizando.

¿Qué es 100G Gigabit Ethernet?

100GbE se refiere a 100 Gigabit Ethernet, un estándar de redes de alta velocidad, un protocolo de red con una tasa de transferencia de datos de 100 gigabits por segundo (Gbps), una tecnología que es uno de los tipos más comunes de la familia Ethernet y que constituye la base de la comunicación para la mayoría de las redes de área local (LAN) y redes de área amplia (WAN) en todo el mundo. En comparación con sus predecesores, 10GbE y 40GbE, hay mejoras significativas en velocidad y capacidad.

Para abordar la necesidad de redes de gran ancho de banda, el IEEE estableció el HSSG (Higher Speed Study Group) en 2006 para desarrollar un estándar para Ethernet 100G, que se transformó formalmente en el grupo IEEE802.3ba en 2007, el cual especifica el estándar Ethernet 40G/100G, del cual 40Gbps está destinado principalmente a aplicaciones informáticas, mientras que 100Gbps es para servicios troncales y de agregación. Las tecnologías clave actuales de la interfaz Ethernet 100G incluyen la agregación de canales de capa física (PHY) y la tecnología de multiplexación por división de longitud de onda (WDM). Existen técnicas de codificación y modulación de orden superior, como Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) y Quadrature Amplitude Modulation (QAM). En comparación con la tecnología Ethernet 10G, Ethernet 100G proporciona una mayor uniformidad de los estándares de interfaz y del rendimiento del ancho de banda, así como un mejor rendimiento en atenuación y dispersión.

Aunque 100GbE es prácticamente idéntico a su predecesor en cuanto a los protocolos y principios Ethernet utilizados, logra eficiencias de transferencia de datos de hasta 100Gbps mediante tecnología más avanzada. Esta eficiencia ha contribuido a convertir 100GbE en la columna vertebral de los centros de datos, las infraestructuras de red y la informática de alto rendimiento, un componente esencial de las redes modernas.

100G Ethernet es la velocidad Ethernet más rápida mantenida en un solo canal.IEEE 802.3ck se convirtió en la tercera generación de 100G Ethernet que utiliza un único canal de 100G Gb/s en diciembre de 2022, así como 200G y 400G Ethernet que utilizan dos y cuatro de estos canales, respectivamente, y especifica el uso de cables twinaxiales para transmitir 100GBASE-CR y 100GBASE-CR mediante cables twinaxiales en distancias de hasta 2 metros. Además de 100GBASE-CR, que especifica una distancia máxima de transmisión de 2 metros sobre cable twinaxial, y 100GBASE-KR, que utiliza un backplane eléctrico, el 100GBASE-ZR El estándar admite Ethernet 100G a una distancia máxima de más de 80 kilómetros mediante el uso de una arquitectura multicanal, así como el uso de un sistema DWDM de longitud de onda única. Si la rentabilidad es una prioridad, una configuración de cuatro canales que utilice SerDes NRZ 25G también puede ser un medio de transmisión fiable.

Introducción a la evolución de Ethernet 100G

Ethernet, la tecnología LAN más utilizada en la actualidad, se originó en 1973 en el Xerox Palo Alto Research Center de California. Se desarrolló inicialmente para transmitir datos entre estaciones de trabajo informáticas, servidores e impresoras.

Este fue un logro revolucionario en su época, ya que anteriormente las redes informáticas habían estado dominadas por computadoras mainframe importantes y costosas.

La velocidad de conexión inicial de Ethernet era de solo 2,85 megabits por segundo (Mbps). En 1980, un consorcio de proveedores formado por Digital Equipment Corporation, Intel y Xerox publicó el estándar DIX Ethernet, un estándar Ethernet de 10 Mbps. Como resultado, Ethernet estuvo limitada a una velocidad máxima de 10 Mbps hasta la década de 1980.

En 1995, se introdujeron los sistemas Fast Ethernet de 100 Mbps, incluidos diversos sistemas de medios de par trenzado y fibra óptica. Cuatro años después, se introdujo Ethernet de 1.000 Mbps (1 GbE).

La transición de 1 GbE a 10 GbE tomó aproximadamente 7 años, pero la transición de 10 GbE a 40 GbE tomó solo 4 años.

Posteriormente, a medida que los centros de datos eliminaron gradualmente 40 GbE, el costo de los equipos de red 100 GbE comenzó a disminuir y le siguió la adopción generalizada de redes 100 GbE.

Estándar IEEE de 100 Gigabit

El Grupo de Trabajo IEEE 802.2 es responsable de mantener y ampliar los estándares de comunicación de datos Ethernet; cuando observamos una regulación en particular, vemos que las adiciones a estándares específicos generalmente se nombran con una o dos letras. Por ejemplo, el Grupo de Trabajo 802.3z definió la versión original del estándar Gigabit Ethernet.

Estos son 3 estándares IEEE esenciales de Ethernet 100G:

En la sección anterior, mencionamos IEEE 802.3ba, un grupo de trabajo completado en 2010 para admitir velocidades superiores a 10Gbit/s. Este protocolo especifica velocidades de 40 y 100G bit/s, correspondientes a la necesidad de admitir puntos finales y agregación de enlaces. Este estándar fue el primer protocolo IEEE en especificar velocidades 100G. A continuación se presentan algunos de los protocolos más importantes relacionados con 100G.

El estándar IEEE 802.3cu es una enmienda a la capa física de Ethernet y a los parámetros de gestión que permite la transmisión de datos de alta velocidad de 100Gb/s y 400Gb/s a través de fibra monomodo.802.3cu es una revisión del estándar base 802.3 aprobada por el IEEE en febrero de 2021, que satisface la creciente demanda de datos de alta velocidad. El estándar tiene como objetivo habilitar interfaces de fibra monomodo rentables y energéticamente eficientes para Ethernet 100G y 400G, utilizando óptica 100G para reducir costos y aumentar la densidad.

IEEE 802.3ck, que especifica principalmente las interfaces eléctricas 100G, 200G y 400G, se votó en septiembre de 2022 para su adopción. Una vez completado, el estándar está destinado a habilitar interfaces eléctricas de 100Gbps y respaldar el desarrollo de interfaces eléctricas de mayor densidad o menor costo para Ethernet 100, 200 o 400G. Esta especificación también es una especificación de corrección de errores; al establecer un conjunto de especificaciones técnicas, puede reducir significativamente las tasas de error de bits (BER) y los errores de transmisión, mejorando tanto la calidad como la eficiencia de la transmisión de datos., como técnicas de codificación FEC (Forward Error Correction), sincronización de reloj, etc.

IEEE 802.3ct, que especifica principalmente la operación 100G sobre sistemas DWDM (multiplexación por división de longitud de onda densa), se ha completado y está en revisión final antes de su publicación. Este estándar es importante porque es la primera especificación Ethernet para tecnología DWDM coherente que admite longitudes de conexión 100G de al menos 80 kilómetros.IEEE P802.3cw, sobre la operación 400G sobre sistemas DWDM, aún está en curso, ampliando la especificación Ethernet para tecnología DWDM coherente a 400G.

El beneficio de Ethernet 100GbE

La adopción de 100 GbE aporta numerosas ventajas al mundo de las redes y las comunicaciones de datos. Estos son algunos de los beneficios clave:

Beneficios significativos de velocidad: Proporciona mayores velocidades de transferencia de datos y mejora las velocidades de acceso a archivos en redes corporativas, especialmente en centros de datos y salas de servidores.

Responde a demandas de red complejas: Se adapta al crecimiento del tráfico de Internet y a las solicitudes complejas de servidores y dispositivos virtuales en centros de datos, garantizando actualizaciones en tiempo real y un procesamiento eficiente.

Compatibilidad con versiones anteriores: Admite la compatibilidad con la infraestructura existente, permitiendo reutilizar los cables existentes mediante la sustitución de transceptores o módulos. Esto simplifica la implementación y reduce los requisitos de energía y espacio, lo que se traduce en ahorros de costos.

Amplio soporte de productos: Ya está disponible una amplia gama de productos compatibles con 100GbE, como tarjetas de interfaz de red, servidores, switches, etc., lo que reduce el número de nodos y conexiones, mejora el rendimiento y disminuye el coste total de propiedad.

Alivia la carga de la red: 100GbE ayuda a reducir la contención y el riesgo de sobrecarga de la red central en redes troncales.

Compatible con tecnologías emergentes: Para organizaciones que adoptan Remote Direct Memory Access (RDMA) y otras tecnologías emergentes, mejorando la flexibilidad para el crecimiento futuro.

Aplicación de Ethernet Gigabit 100G

Debido a su excelente rendimiento de alta velocidad, 100GbE se ha utilizado ampliamente en diversas industrias. Estas son algunas aplicaciones críticas de Ethernet gigabit 100G.

Centros de datos: Los centros de datos son la columna vertebral de la arquitectura del mundo de los datos, alojando y procesando grandes volúmenes de datos. 100GbE permite una colaboración más eficiente entre servidores, almacenamiento y dispositivos de red, lo que supone una diferencia significativa para las redes de centros de datos. Al depender del centro de datos, el procesamiento de datos es más rápido, el rendimiento es mayor y los cuellos de botella de la red se reducen.

Infraestructura en la nube: Con el rápido desarrollo de la inteligencia artificial en los últimos años, AWS, Azure y Google Cloud, un servicio de computación en la nube, se han desarrollado vigorosamente; la necesidad de potencia de cálculo también es inminente, y el rendimiento de alta velocidad de 100GbE puede ayudar a estos proveedores de servicios a conectarse con los clientes más rápidamente, además de ofrecer una gran ayuda para la rápida transferencia de datos entre aplicaciones y bases de datos.

Computación de alto rendimiento (HPC): Para los clústeres HPC a gran escala que comparten big data y realizan investigaciones científicas y simulaciones, las redes ultrarrápidas también son importantes para gestionar grandes conjuntos de datos de manera más eficiente. 100GbE también se está convirtiendo cada vez más en la arquitectura troncal en los entornos HPC.

Entretenimiento y medios: Las necesidades de red más importantes de la industria de los medios y el entretenimiento son baja latencia y alto ancho de banda. 100GbE crea plataformas para la entrega de medios en streaming, la creación de contenido y archivos de vídeo y audio de alta resolución para permitir la transferencia de datos en tiempo real, proporcionando a los consumidores una mejor experiencia de vídeo en línea.

Como puede ver, la mayoría de estos escenarios de aplicación dependen del rendimiento de alto ancho de banda y baja latencia de 100GbE, y estos centros de datos convencionales están bien preparados para satisfacer la demanda, especialmente en centros de datos con cargas de trabajo tradicionales pero con un mayor grado de virtualización.

Conclusión

En resumen, con la aparición de 100GbE, los centros de datos han crecido enormemente y el panorama de las redes ha cambiado por ello. Las redes Ethernet gigabit 100G con gran ancho de banda y baja latencia han construido una columna vertebral crítica para la computación de alto rendimiento y las infraestructuras de telecomunicaciones. A medida que las redes evolucionen, 100GbE adquirirá dimensiones aún mayores en las comunicaciones de datos para permitir transferencias de datos más rápidas y eficientes, beneficiando en última instancia tanto a las empresas como a los consumidores.