¿Qué es la tecnología 400G?
La tecnología 400G es un estándar de gran importancia para las interfaces de cliente Ethernet de alta capacidad. La tecnología 400G, que en un principio se conocía como el estándar IEEE 802.3bs, se aprobó oficialmente en diciembre de 2017 y forma parte de una familia más amplia de tecnologías relacionadas, incluidas las tecnologías 200G, 100G de próxima generación y 50G Ethernet.
La tecnología 400G ha impulsado el desarrollo y la adopción a gran velocidad de nuevos conmutadores y módulos ópticos enchufables. Este estándar, que en ocasiones se denomina 400GE o 400G Ethernet, incluye corrección de errores de envío (FEC) para mejorar la confiabilidad de los datos. La adopción de elementos de red 400G continúa acelerándose a medida que los operadores de red y los proveedores de servicios aprovechan las ventajas que suponen niveles superiores de ancho de banda y eficiencia.
¿Qué velocidad ofrece la tecnología 400G?
Aunque quizás se utilice demasiado el término “mejora exponencial”, en el caso de la tecnología 400G, es completamente aplicable.
- La tecnología Gigabit Ethernet, que denota una conexión Ethernet capaz de transmitir tráfico a una velocidad de 1 gigabit por segundo (Gbps), se introdujo en 1999.
- El término Terabit Ethernet se emplea para describir una matriz de conmutación capaz de gestionar un gran número de puertos a velocidades de 100 Gbps y superiores. “True Terabit” hace referencia a un billón de bits por segundo.
- Con 400 Gbps, la tecnología 400G representa un aumento de velocidad multiplicado por 400 a partir del rendimiento de 1 Gig Ethernet, que era el estándar a comienzos del siglo XXI. Para poner este dato en perspectiva, este cambio relativo viene a ser como comparar la velocidad a la que avanza una tortuga gigante de las Galápagos con la de un guepardo en plena persecución.
- La tecnología 400G Ethernet es tan rápida que ha sobrepasado la capacidad de modulación binaria convencional de encendido y apagado de los láseres.
- Para atajarlo, se ha desarrollado la modulación PAM-4, con cuatro niveles de amplitud en lugar de dos para duplicar la tasa de bits general. Dado que la brecha entre los niveles de señal es ahora mucho menor, la modulación PAM-4 también es más susceptible al ruido.
- La transición a la tecnología 400G trae consigo algo más que nuevos puertos Ethernet y avances en la modulación. Este cambio de paradigma requiere ajustes en el ecosistema de redes para proporcionar flexibilidad y escalabilidad en la implementación de ancho de banda de formas nuevas y únicas.
Pruebas de redes 400G
Antes de la tecnología 100G Ethernet, las pruebas de fibra óptica para los clientes era una tarea mucho más sencilla. La tasa de errores de bit (BER) se podía calcular para cada canal, sin errores a lo largo de un período predefinido de tiempo, a menudo empleado como un criterio de tipo pasa/falla. Con la modulación sin retorno a cero (NRZ) dando paso a la modulación PAM-4 y la FEC, las pruebas y la validación de las redes 400G se han hecho mucho más complejas. Solo el incremento del ancho de banda en sí mismo ha complicado las pruebas de manera considerable.
Desafíos
Las velocidades más altas y el empleo de la FEC y la modulación PAM-4 aportan mejoras increíbles en términos de capacidad, pero también pueden derivar en algunos de los irremediables desafíos de las pruebas de las redes 400G.
- La modulación PAM-4 introduce una complejidad añadida en la capa física. Los enlaces 400G tendrán siempre errores de transmisión, así que limitarse a cuantificar los errores o realizar las pruebas en base a la ausencia de errores ya no es suficiente.
- La tecnología de FEC y las velocidades más altas suponen que algunos módulos con tasas de errores en bruto más altas funcionen sin errores después de la FEC y que otros no. Se requiere un análisis más sofisticado de las estadísticas y la distribución de los errores para distinguir los patrones de error aceptables de los inaceptables, y determinar las verdaderas causas raíz.
- La lógica de la FEC es compleja y amplia. Es necesario comprobarla para su validación lógica, así como para comprobar su rendimiento de potencia dinámico.
- Los módulos ópticos enchufables QSFP-DD (Quad Small Form Pluggable Double Density) para la tecnología 400G son una maravilla de la complejidad, con láseres y drivers integrados, fotodiodos de alto rendimiento y microcontroladores integrados en un formato muy pequeño. Estos elementos adicionales requieren estrategias capaces de realizar pruebas en redes 400G y validar estos componentes individualmente, así como dentro del contexto de la estructura de red general.
- La complejidad de la tecnología 400G Ethernet hace que sea esencial controlar los costos de equipos de pruebas y los tiempos de los ciclos de las pruebas. El uso de herramientas para pruebas de redes 400G que se mantengan por delante de la curva evolutiva de las nuevas tecnologías puede mitigar estos problemas, al proporcionar opciones prefabricadas que se adapten a la transición de la tecnología 400G y aceleren los plazos de comercialización de los productos nuevos.
Herramientas para pruebas de redes 400G
La escalabilidad, la flexibilidad y la capacidad de actualización son algunas de las características esenciales de una solución eficaz de pruebas para redes 400G suministrada por VIAVI: el módulo ONT 800G Ethernet. Esta versátil plataforma de pruebas de varios puertos y protocolos, que se basa en el último estándar 400G/200G (IEEE 802.3bs), ofrece una generación de tráfico de redes 400G de clase Ethernet junto con pruebas de errores y alarmas Ethernet avanzadas. La sincronización de alta precisión del formato de paquetes de pruebas de VIAVI garantiza una verificación del rendimiento Ethernet eficaz y una validación acelerada.
El módulo ONT 400G CFP8 de VIAVI ofrece una mayor flexibilidad al admitir todos los factores de forma ópticos de la tecnología 400G. La primera solución de pruebas del sector para redes 400G incluye funciones avanzadas de análisis de errores y una ranura de pruebas QSFP-DD. La programabilidad de campo admite actualizaciones sencillas a medida que los estándares evolucionan. El módulo ONT 400G incluye también compatibilidad con la FEC y la modulación PAM-4. Esta solución de pruebas es una plataforma ideal para el diseño, el desarrollo y la validación de sistemas y componentes de red de alta velocidad de próxima generación.
Redes 400G
La multiplexación por división densa de longitud de onda (DWDM) ha incrementado de forma significativa el ancho de banda de la fibra óptica. Con este método, un solo canal de fibra óptica puede transmitir datos a velocidades de 400 Gbps o más. Con una red tan sólida, o rápida, como su enlace más débil, la tecnología 400G Ethernet salva las distancias de ancho de banda entre los enrutadores básicos y los equipos de DWDM.
Una interfaz 400G Ethernet permite alcanzar la capacidad total de los elementos de red con la densidad adecuada, lo que se traduce en un rendimiento desbocado y sin fisuras. Las piezas estándar específicas de aplicaciones (ASSP) de los conmutadores modernos, como la gama Tomahawk de Broadcom, pueden conmutar 12 Terabits de tráfico en un circuito integrado. Las interfaces 400G alinean esta enorme capacidad de ancho de banda con la densidad de ancho de banda del panel delantero.
- FlexE
Flex Ethernet (FlexE) es un estándar de interfaz de cliente que publicó en primer lugar el Foro de Interconexión Óptica (Optical Internetworking Forum, OIF) en 2016. Como su nombre indica, pretende proporcionar un estándar suficientemente flexible para facilitar la conectividad entre Ethernet y la interfaz física (servidor) introduciendo una especie de “cuña” entre las capas MAC y PCS. Esto permite que se admita una serie de tasas de MAC, con independencia de la interfaz física.
La tecnología FlexE proporciona un medio para entrelazar varios enlaces. Por ejemplo, la tecnología 400G se puede suministrar como un conducto individual, con dos enlaces 200G o cuatro enlaces 100G. Varios módulos de pruebas de la plataforma ONT permiten realizar pruebas del tráfico generado por la tecnología FlexE a 400G y velocidades inferiores.
- FlexO
Los estándares G.709 y G.709.1 sobre redes de transporte óptico (OTN) del Sector de Normalización de las Telecomunicaciones de la UIT (ITU-T) proporcionan interfaces recomendadas y velocidades de línea para elementos de red ópticos conectados por medio de enlaces de fibra óptica. OTN B100G es una ampliación de este estándar para velocidades de datos por encima de los 100 Gbps.
El ITU-T ha empleado conceptos clave de la norma IEEE 802.3 y el OIF para determinar cómo se pueden utilizar los mismos módulos enchufables para las interfaces OTN. Eso se conoce comúnmente como ONT flexible o “FlexO”, un mecanismo que proporciona una estructura de OTN para la tecnología 400GE y las superiores, así como para el tráfico Flex Ethernet.
¿A quién le debería interesar la tecnología 400G?
La eficiencia obtenida a través de la implementación de la tecnología 400G se extiende por el ecosistema de redes de alta velocidad. Esto incluye a los fabricantes de chips y módulos, a las empresas de servicios y equipos de pruebas, a las megacorporaciones de Internet y a los proveedores de telecomunicaciones que dependen de estas mejoras para mantenerse a la altura de la insaciable demanda.
- Los operadores hiperescala que prestan servicios basados en la red sacan partido de la tecnología 400G para responder a las necesidades de densidad de sus crecientes centros de datos.
- Los proveedores de telecomunicaciones deben mantenerse a la altura de la base de usuarios ultraconectados que emplean sus enormes centros de datos.
- Los desarrolladores de módulos ópticos se benefician de la demanda de productos más versátiles y compactos.
- Las organizaciones a gran escala están impulsando la adopción de la tecnología 400G a pasos agigantados para mantenerse a la altura de los requisitos de velocidad de los servidores.
- El surgimiento de la tecnología 400G permite a las redes mantenerse a la altura de las expectativas de un rendimiento sin fisuras y de alta velocidad.
- Casos de uso revolucionarios de la tecnología 5G como la transmisiones de vídeo de alta velocidad, los videojuegos virtuales y el Internet de las cosas (IoT) son solo algunas de las aplicaciones que sacan partido de las redes 400GE.
100G y superior
Además de tener sentido comercialmente, la compatibilidad entre los módulos 100G y 400G simplifica también las pruebas y las actualizaciones. Las primeras soluciones 100G Ethernet se introdujeron en 2010, con un incremento pausado hasta 2016. En los años posteriores, la adopción de la tecnología 400G ha progresado con una trayectoria de varios años a medida que los componentes y las soluciones han estado disponibles en el mercado.
- La reducción de los costos y las mejoras en diseño de los módulos 100G han derivado en tecnologías compatibles con las versiones anteriores. Los componentes ópticos enchufables avanzados desarrollados para la tecnología 100G hacen que la tecnología 400G Ethernet sea aún más eficaz.
- El sistema QSFP28, un módulo transceptor cuádruple de conexión directa y factor de forma pequeño capaz de transportar 28G por carril, fue clave para que la tecnología 100G se introdujese entre las tecnologías predominantes en 2017.
- El sistema QSFP-DD es un nuevo tipo de módulo transceptor óptico que es igual que el QSFP estándar, pero con una hilera adicional de contactos para permitir una interfaz eléctrica con el doble de carriles. El sistema QSFP-DD ofrece 6,4 Tb/s en una tarjeta de sistema anfitrión de 1 RU para admitir la tecnología 400GE, al tiempo que proporciona el doble de densidad de puertos 100G del sistema QSFP28.
- Los módulos OSFP (ópticos enchufables de factor de forma pequeño) admiten los requisitos de potencia de la tecnología 400G e incluyen disipadores de calor integrados para responder a las exigencias térmicas. A diferencia del sistema QSFP-DD, los puertos de los módulos OSFP requieren adaptadores especiales para garantizar la compatibilidad con los módulos QSFP de 100G.
- Los proveedores de contenidos de Internet hiperescala continúan centrándose en la tecnología 800GE de próxima generación. Mientras el sistema QSFP-DD es compatible con los módulos anteriores de 100G, su diseño físico ofrece menos posibilidades de crecimiento para admitir velocidades de datos superiores. Dado que el sistema OSFP admite la tecnología 800GE, los gigantes del sector continúan inclinándose por esta estrategia para los módulos, incluso antes de que la infraestructura necesaria esté disponible.
- La ciencia de vanguardia desarrollada con la tecnología 400G en mente, incluidos la modulación PAM4 y el protocolo KP4 FEC, se puede emplear también para incrementar la densidad y reducir los costos para la tecnología 100G. A medida que estas tecnologías maduren, se espera que la oferta de productos para la tecnología 100G aproveche completamente las oportunidades de mejora generadas por el desarrollo de la tecnología 400G.
Más que ancho de banda
La monumental mejora de velocidad de la tecnología 400G supone un paso gigante en términos de rendimiento Ethernet. No obstante, el incremento de la velocidad y del ancho de banda es solo una parte de la ecuación. La tecnología 400G no solo ofrece más ancho de banda, sino que proporciona el ancho de banda adecuado a la densidad correcta. Las mejoras generales en términos de confiabilidad, escalabilidad y rendimiento de potencia han hecho que la tecnología 400G sea viable para nuestro ecosistema de redes de rápido crecimiento.
La demanda de servicios de informática basada en la nube y proveedores de telecomunicaciones continúa llevando los servidores de los centros de datos al filo de sus límites físicos. La eliminación del cuello de botella que Ethernet suponía en otro tiempo afecta a todo el panorama de las redes de formas inestimables. Avances como la modulación PAM4 han hecho posible esta mejora, al tiempo que han introducido una nueva serie de obstáculos en cuanto a las prácticas de pruebas y validación de las redes 400G. Para continuar superando estos desafíos, es necesario liderar el cambio hacia una nueva era del rendimiento de las redes.