Rambler's Top100
 
 
Статьи
22 ноября 2021

От 100G к 800G. Будь готов!

Стремительная цифровизация всех сфер деятельности человека ведет к быстрому развитию центров обработки данных и росту объемов передаваемого трафика. Чтобы поддержать этот рост, важно грамотно проектировать и модернизировать кабельную систему ЦОДов.

Согласно расчетам института IEEE, с 2017-го по 2025 год глобальный IP-трафик увеличится почти в восемь раз, а трафик в ЦОДах – в 11 раз. Этот прогноз был сделан еще до пандемии, которая резко повысила спрос на онлайн-сервисы, а потому нет сомнений, что в действительности рост окажется существенно выше. Поэтому задача развития сетевой инфраструктуры в ЦОДах для поддержки все более высоких скоростей передачи данных становится чрезвычайно актуальной.
Рис. 1. Развитие технологий Ethernet

Еще в 2014 году, когда консорциум 25G Ethernet предложил технологии 25 Гбит/с и 50 Гбит/с Ethernet (последний вариант – с двумя потоками по 25G), был намечен путь перехода на 50G, 100G и более высокие скорости (рис. 1). Но по мере того как крупные ЦОДы, в первую очередь гипермасштабируемые и облачные, сталкиваются с необходимостью перехода на 400G, а потом и на 800G, перед специалистами встает множество вопросов: как адаптироваться ко все большему количеству волокон, грамотно выбрать оптические приемопередатчики, обеспечить развитие кабельной инфраструктуры с максимальным сохранением сделанных инвестиций?

Когда плотность растет

Необходимость поддержки более высоких скоростей передачи данных и повышения общей эффективности работы сетевой инфраструктуры ведет к увеличению плотности портов коммутаторов. В качестве показателя плотности портов используют термин radix («корень») – число портов определенной скорости, работу которых коммутатор способен обеспечить. Чем «толще» корень, т.е. выше значение radix, тем меньше требуется коммутаторов для подключения заданного числа серверов.

Для повышения производительности самих коммутаторов разрабатываются специализированные интегральные микросхемы (ASIC) с расширенными возможностями ввода/вывода. Использование таких микросхем позволяет увеличить количество сетевых подключений на один коммутатор и уменьшить их число в сети ЦОДа.

Внедрение коммутаторов с большим показателем radix открывает возможность перехода от архитектуры ToR (Top-of-Rack), когда коммутатор устанавливается в каждой серверной стойке, к архитектурам MoR (Middle-of-Row) и EoR (End-of-Row), когда коммутаторы размещаются соответственно в середине или в конце ряда стоек (рис. 2). В результате перехода к таким архитектурам критически важной становится способность эффективно управлять большим количеством подключений серверов.
Рис. 2. Увеличение показателя radix коммутатора позволяет перейти к архитектуре MoR/EoR, увеличив число серверных подключений (стоек) на один коммутатор

Для поддержки новой топологии подключения серверов в ряду стоек требуются новые оптические модули и СКС, например, которые определены в стандарте IEEE802.3cm, определяющем передачу 400G по многомодовой оптике (IEEE Std 802.3cm-2020: 400 Gb/s over Multimode Fiber).

Варианты реализации 400G

Сети ЦОДов должны поддерживать большое число оконечных устройств (серверов), для чего требуется большое количество оптических соединений, причем желательно по низкой цене (рис. 3). Недорогие подключаемые оптические модули помогают снизить общую стоимость и энергопотребление, одновременно устраняя проблемы, которые возникают при использовании активных оптических кабелей (AOC) и кабелей прямого подключения (DAC) на новых, более высоких скоростях.
Рис. 3. Подключение серверов при использовании структурированной кабельной системы

Потребность в недорогой оптике и небольшая длина серверных подключений (обычно менее 100 м, часто менее 50 м) — вот движущие силы разработки приемопередатчиков на базе многомодового волокна, пригодных как для подключения серверов (соединения «сервер – коммутатор»), так и для межкоммутаторного взаимодействия (соединения «коммутатор – коммутатор»). При небольших длинах каналов многомодовая оптика по-прежнему остается наиболее экономичным вариантом для большинства ЦОДов.

По мере увеличения скорости передачи данных все более востребованной становится технология спектрального уплотнения (DWDM), которая позволяет более эффективно использовать волокна, организуя в одном волокне каналы на разных длинах волн (табл. 1). Применяемые для поддержки технологии DWDM кабели OM5 помогают сетевым менеджерам решать задачи, связанные не только с повышением пропускной способности, но и с увеличением дальности соединения. Последнее особенно важно, поскольку протяженность 400G-каналов на базе OM5 составляет 150 м, что дает возможность увеличивать расстояния между коммутаторами. 
Источник: CommScope
Таблица 1. Вариант реализации систем 400G при использовании многомодового волокна

Стандарт IEEE 802.3cm также вводит два типа серверных подключений с 16 волокнами, т.е. восемью парами (рис. 4). Они позволяют организовывать каналы подключения, скорость которых зависит от количества потоков 50G (например, 50G, 100G, 200G). Базовая конструкция многоволоконных соединителей (MPO) теперь основана на восьмеричных блоках вместо предыдущих вариантов модулей QSFP.
Рис. 4. Интерфейсы коннекторов MPO-12/MPO-16 для систем 400GBase-SR8

Лучше претерминированные и со сверхнизким затуханием

Если говорить о ситуации в целом, то разработанные институтом IEEE высокоскоростные протоколы Ethernet используют три метода повышения пропускной способности: увеличение скорости потока, числа физических волокон и спектральных каналов (табл. 2).
Таблица 2. Различные варианты реализации скоростных сетей Ethernet

Число возможных вариантов конфигурации СКС увеличивается из-за наличия сразу нескольких типов многоволоконных MPO-интерфейсов с различным числом волокон – MPO-8, MPO-12, MPO-16, MPO-24, – а также из-за появления новых соединителей класса VSFF (рис. 5) с четырьмя (CS) и восемью волокнами (SN, MDCZ). Вариантов множество, и выбор надо сделать так, чтобы кабельная система поддерживала несколько стадий миграции на более скоростные технологии с максимальным сохранением сделанных инвестиций.
Рис. 5. Новые типы компактных коннекторов VSFF – Small & Very Small Form Factor

Эксперты CommScope рекомендуют использовать претерминированные решения, причем со сверхнизким затуханием: чем меньше затухание, тем больше вероятность того, что кабельная инфраструктура выдержит следующий этап миграции. 

Готовимся к 800G

Появление блоков ввода/вывода 100G позволило удвоить скорости портов коммутаторов. Те же подходы к организации СКС, что рекомендуются для 400G, позволят обеспечить переход к 800G. Целевая группа IEEE 802.3db в настоящее время работает над новым стандартом на приемопередатчики для поддержки передачи 100G на одной длине волны в волокне OM4 на расстояние более 100 м. Для более коротких соединений (менее 50 м) группа 802.3db ищет возможность предложить более дешевый вариант.

IEEE также инициировал исследовательскую группу Beyond 400G (B400) для изучения перехода на более высокие скорости Ethernet. Безусловно, они рассматривают 800G, но также изучают переход на 1,6Т и еще большие скорости. Процесс разработки стандартов в IEEE занимает обычно около пяти лет, так что спецификации на 800GE и 1,6TE от этой организации следует ожидать не ранее 2025 года.

Но ждать так долго рынок, похоже, не готов. Организация Ethernet Technology Consortium (новое название консорциума 25G Ethernet) опубликовала спецификации стандарта 800 Gigabit Ethernet (800GbE), IEEE 802.3ck. Инициативная группа по разработке этого стандарта была создана компаниями Arista, Broadcom, Google, Mellanox и Microsoft. Предложенная реализация предполагает использование двух отдельных подключений 400G, которые объединяются на втором уровне OSI (рис. 6). На физическом уровне передача идет по восьми каналам 100G. Также поддерживаются каналы 50G и менее скоростные варианты через мультиплексоры. 
Рис. 6. Возможные варианты оптических модулей 800G

Для разработки оптических модулей 800G с использованием электрических потоков 100G в сентябре 2019 года была создана индустриальная группа 800G Pluggable MSA (Multi-Source Agreement), куда вошла и компания CommScope. Участники MSA начали с предположения, что для подключения серверов на скорости 800 Гбит/с потребуется уже одномодовое волокно. Но многие эксперты считают, что для проектов с небольшими расстояниями между серверами и коммутаторами (а в ЦОДах большая часть соединений именно таковы) снова более выгодными окажутся недорогие многомодовые решения на базе VCSELS-лазеров.

Целостный подход к миграции на более высокие скорости

Переход к более высоким скоростям в ЦОДе – это пошаговый процесс. По мере развития приложений и сервисов скорость работы систем хранения и серверов также должна увеличиваться. Эксперты CommScope рекомендуют целостный подход, при котором коммутаторы, оптические приемопередатчики и волоконные кабели работают как единая скоординированная инфраструктура передачи данных.

В конечном счете, то, как все эти компоненты будут работать вместе, определит способность сети надежно и эффективно поддерживать новые и будущие приложения. Задача сегодня – внедрение 400G; завтра – 800G или даже 1,6Т. Фундаментальные требования к высококачественной волоконно-оптической инфраструктуре остаются неизменными, даже несмотря на то, что сетевые технологии продолжают меняться.

Подробные рекомендации по миграции на более скоростные сетевые технологии вы можете получить в представительстве CommScope и у дистрибьютора продукции CommScope компании «КомпТек». 

  
         www.commscope.com                  comptek.ru
Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!