Guida approfondita alle applicazioni 400G

Con i sistemi Open, l'intelligenza artificiale (AI), il machine learning e lo storage Cloud che determinano una crescita improvvisa del traffico, il core 100G inizia a essere messo in difficoltà dal flusso di traffico in continua crescita. Il 400G, con caratteristiche di bassa latenza e alta larghezza di banda, risponde all'esigenza urgente di applicazioni ad alta efficienza, alta densità e risparmio energetico, come 5G, video 4K e realtà virtuale (VR).

Fattori trainanti dell'implementazione 400G

Il 400G si sviluppa a grande velocità, spinto dalla crescita esplosiva del traffico di rete dovuta ad applicazioni che richiedono una larghezza di banda massiva. Esempi tipici sono i data center cloud, l'uso commerciale del 5G, i video e la promozione della standardizzazione dei prodotti 400G.

Data center cloud e hyperscale

Secondo Equinix, la larghezza di banda di interconnessione globale crescerà a un CAGR del 45% dal 2019 al 2023 e raggiungerà oltre 16300 Tbpas entro il 2023. Un fattore chiave che guida questa tendenza è la rapida crescita del traffico di cloud computing. I data center si stanno spostando verso il cloud e sono in costruzione sempre più data center cloud e hyperscale. Che si tratti di aggiornare data center esistenti o di ricostruire nuovi data center, l'implementazione 400G con ampia larghezza di banda e bassa latenza è indispensabile.

Uso commerciale del 5G

Il 5G porta la tecnologia di edge computing nella sua architettura di trasmissione, il che consente alle risorse cloud come elaborazione, storage e rete di essere più vicine agli utenti. Con 400G, l'edge computing può ottenere larghezza di banda e livelli di sicurezza più elevati per accedere a un maggior numero di dispositivi finali e gestire e proteggere i dati.

Crescente domanda di traffico video

Il video è il mezzo di intrattenimento più popolare, rappresentando l'80% dell'intero traffico Internet. Questa tendenza è diventata ancora più evidente dopo che la pandemia cronica 19 ha devastato il mondo dal 2020. Sempre più professionisti lavorano da casa (WFH) e si affidano ai video per la collaborazione, come riunioni video, display virtuali online e lezioni online. Con la diffusione virale dello streaming live e delle celebrità di Internet, un numero considerevole di freelance e disoccupati realizza video per svago o per guadagnare. I requisiti di qualità dell'immagine più elevati hanno spinto l'adozione di video HD 8K e persino 16K, che esercitano pressione sull'infrastruttura di rete affinché migri a un core da 400Gb/s per il flusso video 50G/100G.

Ethernet 400G e standardizzazione dei prodotti

Da quando Ethernet 400G è stato approvato alla fine del 2017, il mercato ha visto l'implementazione di soluzioni di rete ottica 400G con standardizzazione, commercializzazione e sviluppo su larga scala. Fornitori di sistemi di marca come Cisco, Arista e Mellanox hanno assunto il comando nella nascita delle apparecchiature di rete 400G. Nel 2017, Mellanox ha introdotto Spectrum-2 switch aperti; Nel 2008, Cisco e Arista lanciano rispettivamente switch 400G serie N9000/N3400 e 400G 7060X4 switch della serie. 

Di conseguenza, anche la soluzione di connettività 400G è in piena espansione, inclusi i transceiver 400G e i cavi ad alta velocità 400G (400G DAC, 400G AOC). I transceiver 400G adottano principalmente tre tipi di form factor — QSFP-DD, OSFP e CFP8. QSFP-DD, con i vantaggi di un'ampia retrocompatibilità, dimensioni più compatte e consumi energetici inferiori, diventa il form factor 400G più popolare.

Oltre a QSFP-DD, altre tecnologie di tendenza che spingono l'adozione del 400G verso una posizione dominante sono RoCE, SmartNIC e 400G ZR/ZR+.

QSFP-DD

Il fattore decisivo che distingue QSFP-DD dagli altri formati compatibili con 400G è la sua retrocompatibilità con tutti i transceiver basati su QSFP, inclusi QSFP+, QSFP28 e QSFP56. Questa caratteristica conferisce a QSFP-DD una buona interoperabilità per adattarsi alle reti legacy 40G/100G/200G. Inoltre, il consumo energetico è un fattore chiave quando si prendono in considerazione il raffreddamento del sistema e le spese operative. In valore teorico, il consumo energetico massimo del transceiver QSFP-DD è di 12W, inferiore ai 15W di OSFP. Terzo, QSFP-DD ha dimensioni inferiori rispetto a OSFP, il che fornirà una maggiore densità di larghezza di banda per porta.

RoCE

RDMA su Ethernet convergente (RoCE) è un protocollo di rete che consente l'accesso diretto remoto alla memoria su Ethernet. RDMA ha il vantaggio originale rispetto ad altre interfacce di programmazione di una latenza inferiore, basso utilizzo della CPU e larghezza di banda elevata, il che corrisponde esattamente ai requisiti delle applicazioni 400G.

SmartNIC

La Smart Network Interface Card (SmartNIC) è un acceleratore programmabile, fondamentale per migliorare l'efficienza del networking dei data center. La moderna SmartNIC fornisce una porta 200G/400G per la connettività.

400G ZR/ZR+

400G ZR fornisce una soluzione per trasmettere i payload 400 Gigabit Ethernet su un collegamento DCI fino a 80km utilizzando DWDM e modulazione di ordine elevato. 400G ZR+ estende la portata oltre 80km. Queste ottiche coerenti sono progettate per affrontare la complessità dell'interoperabilità con diversi fornitori e reti legacy 100G/200G nelle moderne reti altamente convergenti. Il modulo 400G ZR/ZR+ sta registrando una tendenza di ampia adozione nei data center hyperscale, nei campus distribuiti e nelle reti metropolitane e nelle applicazioni degli operatori Telecom.

Scenari applicativi dei ricetrasmettitori 400G

La soluzione 400G è pensata per affrontare il continuo aumento del traffico tra fornitori di servizi di comunicazione, provider cloud hyperscale, grandi fornitori di telecomunicazioni, grandi data center e aziende.

Concludiamo con le soluzioni di connessione più popolari con ricetrasmettitori 400G. Ricordati di misurare la distanza tra le due estremità per decidere quale ottica utilizzare.

Interconnessione switch ToR-server

Nella sala server, gli switch ToR sono spesso collocati nella parte superiore del rack (ToR), al centro del rack (MoR) o nella parte inferiore del rack (BoR), dove i server si trovano nello stesso rack. In una configurazione ToR tipica, la distanza tra lo switch e il server è limitata a 7 metri in modalità passiva. 

Il cavo 400G QSFP-DD DAC è spesso disponibile per una lunghezza massima di 3 metri; si consiglia l'uso nell'interconnessione switch ToR-server entro 2,5 metri.

Il cavo AOC 400G QSFP-DD può supportare collegamenti fino a 100 m, ideale per l'interconnessione switch ToR-server entro 30 metri.

Interconnessione degli switch Spine-Leaf

Nella topologia leaf-spine, più switch leaf saranno collegati a uno switch spine. Nella moderna architettura spine-leaf a 2 livelli, gli switch Leaf sono switch ToR. Questi switch leaf/ToR sono switch di accesso che aggregano il traffico dai server e sono collegati al core del livello spine. La distanza spine-leaf è tipicamente entro 500 metri. 

I moduli 400GBASE-SR8 QSFP-DD  vengono applicati entro 100 metri dall'interconnessione degli switch spine-leaf. Possono trasportare dati 400G su 100 m tramite fibre multimodali MTP/MPO-16 OM4.

Per la connessione tra switch spine e leaf oltre i 100 metri, gli operatori di rete spesso implementano 400G DR4 Transceiver QSFP-DD, in grado di trasmettere dati 400G su 500m tramite fibre monomodali MTP/MPO-12.

Interconnessione Data Center (DCI) 400G

Per consentire agli utenti finali di accedere ai dati e ai servizi cloud, il DCI collega tra loro due o più data center. La distanza tra due data center Ethernet 400G varia da breve a media a lunga.

Per DCI entro 2km, implementare 400G FR4 Transceiver QSFP-DD e fibre monomodali OS2.

Per DCI entro 10km, implementa transceiver 400GBASE-LR8 QSFP-DD e fibre monomodali OS2.

Per DCI entro 40km, installare transceiver 400GBASE-ER8 QSFP-DD e fibre monomodali OS2.

Per DCI entro 120km, implementa transceiver coerenti 400GBASE-ZR CSFP2 e fibre monomodali OS2.

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