Come migrare a 400G con ottiche 100G Single Lambda QSFPTEK

​Con l'aumento dei volumi di dati e l'emergere di nuove tecnologie, Ethernet 100G sta diventando sempre più diffuso nelle implementazioni di reti ad alta velocità. Le tecnologie 100G tradizionali come SR4, LR4, CWDM4 e PSM4 utilizzano quattro canali NRZ da 25Gbps, comportando costi elevati che mettono alla prova gli operatori. Per risolvere questo problema, il gruppo 100G Lambda Multi-Source Agreement (MSA) ha introdotto una tecnologia 100G a singola lunghezza d'onda volta a ridurre le spese garantendo al contempo la compatibilità con i futuri standard 400G. Questo progresso sfrutta la segnalazione PAM4 per trasmettere dati 100G su una singola lunghezza d'onda, semplificando l'architettura ottica e riducendo la complessità dei componenti. Esploriamo lo standard 100G Lambda per comprenderne il ruolo nelle attuali architetture di rete 100G e il suo potenziale nel supportare l'evoluzione verso le reti 400G di nuova generazione.

Spiegazione della tecnologia 100G Single Lambda

Single Lambda è una tecnologia di accesso 100G che utilizza un singolo segnale di lunghezza d'onda PAM4 (modulazione di ampiezza degli impulsi a quattro livelli) da 50 GBaud per raggiungere una velocità dati di 100 Gbps. Questo metodo impiega un DSP (Digital Signal Processor) per convertire quattro segnali elettrici 25G in un singolo canale 100G.​ In precedenza, la maggior parte dei moduli ottici 100G QSFP28 utilizzava quattro canali NRZ (Non-Return to Zero) da 25 Gbps per raggiungere una velocità dati aggregata di 100 Gbps. Al contrario, la modulazione PAM4 raddoppia la capacità dati rispetto a NRZ. Nello specifico, un segnale PAM4 da 50 GBaud trasmette 100 Gbps, mentre un segnale NRZ da 25 GBaud trasmette 25 Gbps.

Perché Adotta Single Lambda per 100Gbps?

Ridurre il costo dei componenti ottici

Attualmente, gli standard più diffusi per l'implementazione di 100GbE sono 100GBASE-LR4 MSA, 100GBASE-CWDM4 MSA e 100GBASE-PSM4 MSA. Gli operatori di rete utilizzano moduli QSFP28 LR4, CWDM4 o PSM4 per abilitare 100 Gbps, ottenuti multiplexando 4 lunghezze d'onda da 25 Gbps in una singola fibra. Tuttavia, l'elaborazione del segnale è piuttosto complessa per integrare quattro segnali 25G in un collegamento 100G. Questa complessità comporta direttamente componenti ottici costosi.

Fonte immagine: Cisco.com

Nello specifico, il design di QSFP28 LR4, CWDM4 e PSM4 sono più complessi delle ottiche Single Lambda. I componenti costruttivi semplificati nel ricetrasmettitore Single Lambda riducono notevolmente il costo del 40% o più.

Ottiche LR4, CWDM4 e PSM4: il trasmettitore utilizza Clock Data Recovery (CDR) in ciascuna delle interfacce elettriche, Laser Driver (LD) & Laser e persino Mux; il ricevitore utilizza CDR e Trans-Impedance Amplifier (TIA) + Linear Amplifier (LA) & fotodiodo PIN in ciascuna delle interfacce elettriche e persino Demux. 

Ottiche Single Lambda: il trasmettitore utilizza solo un DSP con CDR, un singolo LD & laser; il ricevitore utilizza solo un DSP con CDR e un singolo TIA + LA & fotodiodo PIN. Al contrario, le ottiche 100G Single Lambda utilizzano una sola lunghezza d'onda, evitando la difficoltà di multiplexing e demultiplexing, lo stretto controllo della lunghezza d'onda e il costoso packaging ermetico.

Soddisfa il futuro standard 400G

La rete congestionata sta spingendo verso una velocità dati più elevata di 400G. Il 100G Lambda MSA ha considerato questa tendenza, progettando ottiche 100G single Lambda con compatibilità 400G. Cioè, il fattore di forma QSFP-DD è retrocompatibile con altri fattori di forma QSFP, incluso QSFP28. Inoltre, 100G single Lambda QSFP28 utilizza la stessa modulazione 50GBaud PAM4 impiegata da 400G QSFP-DD. Ad esempio, il 400G-LR4 QSFP-DD utilizza 4 canali da 100 Gbps per raggiungere una velocità dati totale di 400 Gbps, che può collegarsi a quattro 100G-LR4 single Lambda QSFP28 per una soluzione breakout da 400G a 100G. 

Fonte immagine: Cisco.com

Introduzione al transceiver 100G Single Lambda

Secondo le reti Cisco, il Ottiche Single Lambda 100G includono 100G DR, 100G FR e 100G LR. Tutti e tre i QSFP28 sono conformi alle specifiche 100G Lambda MSA e vengono forniti con connettori LC duplex. Per indicare il numero di canali di lunghezza d'onda, le ottiche Single Lambda sono anche chiamate 100G DR1 QSFP28, 100G FR1 QSFP28 e 100G LR1 QSFP28. 

100GBASE-DR Single Lambda QSFP28

QSFP-100G-DR-S Il transceiver single lambda è conforme alla specifica IEEE 100BASE-DR. Supporta collegamenti fino a 500m su fibra monomodale (SMF) OS2 duplex a una lunghezza d'onda di 1310nm. Il 100GBASE-DR QSFP28 è utilizzato principalmente per l'interconnessione di data center (DCI) spine-leaf a corto raggio, dove la maggior parte dei collegamenti ottici è entro 100m. Un'altra restrizione è la minore tolleranza alla perdita di inserzione di un numero limitato di pannelli di permutazione.

100GBASE-FR Single Lambda QSFP28

100G Single Lambda MSA introduce quindi il QSFP-100G-FR-S per estendere il link in fibra fino a una portata di 2km. Il 100G-FR è conforme alla specifica IEEE 100BASE-FR, supportando link fino a 2km su OS2 SMF duplex a una lunghezza d'onda di 1310nm. Il QSFP28 100GBASE-FR consente link DCI più lunghi e lascia più margine per applicazioni con maggiore perdita di link.

100GBASE-LR Single Lambda QSFP28

Il terzo fratello è QSFP-100G-LR-S. Tramite OS2 SMF duplex a 1310nm, 100G LR raggiunge un collegamento fino a 10km. Il QSFP28 LR porta una portata long-haul di 10km alla serie ottica Single Lambda 100G, estendendo la capacità di interconnessione oltre due edifici anche in città vicine. È ideale per nuove implementazioni di rete per l'interconnessione da switch core a switch core/di aggregazione nella rete campus.

Migra senza interruzioni a 400G con ottiche 100G Single Lambda

Dato che single lambda 100G DR, 100G FR e 100G LR sono design con fattore di forma QSFP28. È compatibile con il fattore di forma QSFP-DD applicabile a 400G Ethernet. Di conseguenza, si consiglia di adottare ottiche 100G Single Lambda nella progettazione di reti 400G. Il vantaggio è che consente di collegare un nuovo sito 400G a un sito legacy 100G con 4 collegamenti. Quindi è necessario portare host 400G in un solo sito, ma non è necessario aggiornare l'architettura 100G esistente, ottenendo al contempo l'accesso al collegamento 400G.

Ad esempio, utilizzando QSFPTEK 100G DR QSFP28, è possibile ottenere un soluzione breakout da 400G a 4x 100G. Collegare un nuovo switch ToR 400G a uno switch legacy 100G con quattro collegamenti separati. 

Lato sinistro: inserire un modulo 400G QSFP-DD DR4 nella porta 400G dello switch ToR 

Sito destro: collegare quattro moduli 100G QSFP28 DR a quattro porte switch 100G 

Collegamento: utilizzare un breakout SMF MTP a 4 LC duplex OS2 per collegare i due siti

Conclusione

Per ridurre i costi di implementazione del 100G, il 100G Lambda MSA ha specificato uno standard per abilitare 100 Gbps su una singola lunghezza d'onda, riducendo notevolmente la complessità ottica. Inoltre, guarda alle future reti ad alta velocità, integrando la compatibilità 400G nell'ottica Single Lambda 100G. 100G Single Lambda QSFP28 è una soluzione a prova di futuro per una migrazione fluida da 100G a 400G.

QSFPTEK offre ottiche 100G Single Lambda, tra cui QSFP-100G-DR-S, QSFP-100G-FR-S e QSFP-100G-LR-S; e transceiver 400G QSFP-DD. Viene fornita anche una soluzione breakout completa da 400G a 4x 100G. Per qualsiasi domanda, non esitare a contattare [email protected].