Подробное руководство по приложениям 400G

Открытые системы, искусственный интеллект (AI), машинное обучение и облачное хранилище стимулируют стремительный рост трафика, из-за чего ядро сети 100G начинает испытывать трудности с постоянно увеличивающимся потоком данных. Решение 400G с низкой задержкой и высокой пропускной способностью отвечает насущным потребностям энергоэффективных приложений с высокой плотностью, таких как 5G, видео 4K и виртуальная реальность (VR).

Факторы, определяющие развертывание сетей 400G

400G развивается быстрыми темпами благодаря стремительному росту сетевого трафика, вызванному приложениями, требующими большой пропускной способности. К основным факторам обычно относятся облачные центры обработки данных, коммерческое использование 5G, видео и продвижение стандартизации продуктов 400G.

Облачные и гипермасштабируемые центры обработки данных

Согласно Equinix, пропускная способность глобального межсоединения будет расти со среднегодовым темпом 45% с 2019 по 2023 год и к 2023 году превысит 16300 Tbpas. Одним из ключевых факторов, определяющих эту тенденцию, является быстрый рост трафика облачных вычислений. Центры обработки данных переходят в облако, а также строится все больше облачных и гипермасштабируемых центров обработки данных. Независимо от того, идет ли речь о модернизации существующих центров обработки данных или создании новых, развертывание 400G с высокой пропускной способностью и низкой задержкой является обязательным.

Коммерческое использование 5G

Технология периферийных вычислений 5G внедряет в архитектуру передачи данных, благодаря чему такие облачные ресурсы, как вычислительные мощности, хранилище и сеть, становятся ближе к пользователям. Благодаря 400G периферийные вычисления обеспечивают более высокую пропускную способность и уровень безопасности для подключения большего числа конечных устройств, а также управления данными и их защиты.

Растущий спрос на видеотрафик

Видео является самым популярным развлекательным медиаконтентом и составляет 80% всего интернет-трафика. Эта тенденция стала еще более очевидной после того, как пандемия COVID-19 охватила мир в 2020 году. Все больше специалистов работают из дома (WFH) и используют видео для совместной работы, например для видеоконференций, онлайн-презентаций и онлайн-уроков. С распространением прямых трансляций и интернет-знаменитостей многие фрилансеры и безработные создают видеоролики для развлечения или заработка. Повышение требований к качеству изображения привело к распространению видео высокой четкости 8K и даже 16K, что оказывает давление на сетевую инфраструктуру, вынуждая ее переходить на магистральные сети 400 Гбит/с для видеопотоков 50G/100G.

Ethernet 400G и стандартизация продукции

После утверждения стандарта 400G Ethernet в конце 2017 года на рынке начали внедряться решения для оптических сетей 400G, сопровождаясь стандартизацией, коммерциализацией и широкомасштабным развитием. Такие поставщики брендированных систем, как Cisco, Arista и Mellanox, первыми выпустили сетевое оборудование 400G. В 2017 году Mellanox представила Spectrum-2 открытые коммутаторы; В 2008 году Cisco и Arista соответственно запустили коммутаторы 400G серий N9000/N3400 и 400G 7060X4 серии. 

Соответственно, решение для подключения 400G также стремительно развивается и включает трансиверы 400G и высокоскоростные кабели 400G (DAC 400G, AOC 400G). В трансиверах 400G в основном используются три форм-фактора — QSFP-DD, OSFP и CFP8. Благодаря широкой обратной совместимости, более компактным размерам и меньшему энергопотреблению QSFP-DD стал наиболее популярным форм-фактором 400G.

Помимо QSFP-DD, другими популярными технологиями, способствующими широкому внедрению 400G, являются RoCE, SmartNIC и 400G ZR/ZR+.

QSFP-DD

Решающим фактором, выделяющим QSFP-DD среди других форм-факторов с поддержкой 400G, является его обратная совместимость со всеми трансиверами на базе QSFP, включая QSFP+, QSFP28 и QSFP56. Эта особенность обеспечивает QSFP-DD хорошую совместимость для адаптации к устаревшим сетям 40G/100G/200G. Кроме того, энергопотребление является ключевым фактором при учете охлаждения системы и эксплуатационных расходов. Согласно теоретическому значению, максимальное энергопотребление трансивера QSFP-DD составляет 12W, что ниже, чем 15W у OSFP. В-третьих, QSFP-DD имеет меньший размер по сравнению с OSFP, что обеспечивает более высокую плотность пропускной способности портов.

RoCE

RDMA через конвергентный Ethernet (RoCE) — это сетевой протокол, обеспечивающий удаленный прямой доступ к памяти через Ethernet. По сравнению с другими программными интерфейсами RDMA обладает такими преимуществами, как меньшая задержка, низкая нагрузка на ЦП и высокая пропускная способность, что точно соответствует требованиям приложений 400G.

SmartNIC

Smart Network Interface Card (SmartNIC) — это программируемый ускоритель, который играет важную роль в повышении эффективности сетей центров обработки данных. Современный SmartNIC предоставляет порт 200G/400G для подключения.

400G ZR/ZR+

400G ZR обеспечивает решение для передачи полезной нагрузки 400 Gigabit Ethernet по каналу DCI на расстояние до 80km с использованием DWDM и высокоуровневой модуляции. 400G ZR+ увеличивает дальность передачи более чем до 80km. Эти когерентные оптические модули предназначены для решения проблемы сложной совместимости между оборудованием разных поставщиков и устаревшими сетями 100G/200G в современных высококонвергентных сетях. Модуль 400G ZR/ZR+ получает все более широкое распространение в гипермасштабируемых центрах обработки данных, распределенных кампусных и городских сетях, а также в приложениях операторов связи.

Сценарии применения трансиверов 400G

Решение 400G предназначено для удовлетворения постоянно растущего трафика среди поставщиков коммуникационных услуг, гипермасштабируемых облачных провайдеров, крупных поставщиков телекоммуникационных услуг, крупных центров обработки данных и предприятий.

Мы рассмотрели наиболее популярные решения для подключения с трансиверами 400G. Измерьте расстояние между двумя концами, чтобы определить, какую оптику использовать.

Соединение коммутатора ToR с сервером

В серверной комнате коммутаторы ToR часто размещаются в верхней части стойки (ToR), в середине стойки (MoR) или в нижней части стойки (BoR), где серверы находятся в одной стойке. В типичной конфигурации ToR расстояние между коммутатором и сервером в пассивном режиме ограничено 7 метрами. 

Кабель 400G QSFP-DD DAC часто доступен с максимальной длиной 3 метра; рекомендуется использовать его для соединения коммутатора ToR с сервером на расстоянии до 2,5 метра.

Кабель 400G QSFP-DD AOC может поддерживать соединение длиной до 100 м и лучше всего подходит для подключения коммутатора ToR к серверу на расстоянии до 30 метров.

Соединение коммутаторов Spine и Leaf

В топологии leaf-spine несколько leaf-коммутаторов подключаются к spine-коммутатору. В современной двухуровневой архитектуре spine-leaf leaf-коммутаторы являются ToR-коммутаторами. Эти leaf/ToR-коммутаторы являются коммутаторами доступа, которые агрегируют трафик от серверов и подключаются к ядру уровня spine. Расстояние между уровнями spine и leaf обычно не превышает 500 метров. 

Модули 400GBASE-SR8 QSFP-DD  используются на расстоянии до 100 метров в межсоединениях spine-leaf-коммутаторов. Они могут передавать данные со скоростью 400G на расстояние 100 м через многомодовые волокна MTP/MPO-16 OM4.

Для подключения коммутаторов spine и leaf на расстоянии более 100 метров сетевые операторы часто используют 400G DR4 Трансиверы QSFP-DD, способные передавать данные со скоростью 400G на расстояние до 500 м по одномодовым волокнам MTP/MPO-12.

Соединение центров обработки данных (DCI) 400G

Чтобы конечные пользователи могли получать доступ к облачным данным и сервисам, DCI соединяет два или несколько центров обработки данных. Расстояние между двумя центрами обработки данных с Ethernet 400G может быть малым, средним или большим.

Для DCI в пределах 2km разверните 400G FR4 трансиверы QSFP-DD и одномодовые волокна OS2.

Для DCI на расстоянии до 10km используйте трансиверы 400GBASE-LR8 QSFP-DD и одномодовые волокна OS2.

Для DCI на расстоянии до 40 км используйте трансиверы 400GBASE-ER8 QSFP-DD и одномодовые волокна OS2.

Для DCI на расстоянии до 120km используйте когерентные трансиверы 400GBASE-ZR CSFP2 и одномодовые волокна OS2.

QSFPTEK представляет продукты 400GBASE для обеспечения высокоскоростного подключения, включая трансиверы 400G QSFP-DD, 400G DAC и 400G AOC. Связаться [email protected] чтобы получить предложение.