400G Ethernet es el último estándar para interfaces ópticas de alta velocidad. Conocida originalmente como IEEE 802.3bs, 400 Gigabit Ethernet fue aprobada oficialmente en diciembre de 2017 y forma parte de una familia más amplia de tecnologías como 200G, así como la próxima generación de 100G y 50G Ethernet.
La llegada de la tecnología 400G ha facilitado el rápido desarrollo e implantación de nuevos módulos ópticos y switches compactos. Denominada a veces como 400GE o 400G Ethernet, la nueva norma admite numerosas innovaciones técnicas, como el uso obligatorio de la tecnología de codificación Forward Error Correction (FEC), que también mejora el rendimiento y reduce el consumo de energía.
Para comprender plenamente qué es lo que impulsa la necesidad de 400G, es importante distinguir las distintas formas en que se puede definir y utilizar 400G en las conversaciones sobre redes de centros de datos.
- 400G se refiere normalmente a una solución que ofrece 400G de capacidad en una longitud de onda de 400G. Es intercambiable con 400GbE y 400Gb/s dependiendo del contexto.
- 400GbE se refiere a la siguiente tasa de capacidad en interfaces Ethernet que puede viajar a través de un único enlace. Se basa en la norma aprobada IEEE 802.3bs que deben cumplir las capas físicas, los parámetros de gestión y los parámetros de control de acceso al medio (MAC) de 400GbE.
- 400Gb/s se refiere a la velocidad a la que se transfieren los datos. En este caso, 400.000 millones de bits de información viajan por una sola longitud de onda óptica cada segundo.
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¿Qué velocidad tienen los 400GE?
Puede que el término «crecimiento exponencial» esté un poco sobreutilizado hoy en día, pero en el caso de 400GE encaja perfectamente. La noción de Gigabit Ethernet, que se refiere a varias tecnologías de Ethernet que soportan velocidades de trama de 1 gigabit por segundo, existe desde 1999.
Actualmente, el término genérico Terabit Ethernet se utiliza para describir la categoría de velocidad de 100 gigabits por segundo y superior. De hecho, el verdadero Terabit, que es un trillón de bits por segundo, sigue siendo sólo una cifra proyectada para el futuro inmediato. Pero incluso con 400 gigabits por segundo, la tecnología 400G representa un aumento de 400 veces respecto a la velocidad de transmisión de Ethernet a principios del siglo XXI. Para experimentar la diferencia, imagina la competencia de una tortuga de las Galápagos mientras camina normalmente (la especie de tortuga más lenta) y un guepardo durante una persecución (el animal más rápido de la Tierra). La comparación será comparable.
La tecnología 400 Gigabit Ethernet es tan rápida que ha superado las capacidades del circuito convencional de encendido/apagado del láser de amplitud de pulso de dos niveles (PAM-2). Para compensar este cuello de botella, se desarrolló la modulación PAM-4, que utiliza cuatro niveles de amplitud en lugar de dos, duplicando la tasa de modulación global. Pero como la diferencia entre los niveles de señal es ahora mucho menor, la modulación PAM-4 se ha vuelto más susceptible al ruido.
Pero la tecnología 400G significa mucho más que nuevos puertos Ethernet y una modulación mejorada. El cambio de paradigma requiere cambios y ajustes integrales en todo el ecosistema de la red para garantizar la flexibilidad y escalabilidad necesarias para realizar proyectos innovadores a velocidades de transmisión antes inalcanzables.
¿Cómo probar 400G Ethernet?
Antes de la llegada de Ethernet 100G, las pruebas de los enlaces de fibra óptica eran una tarea mucho más sencilla que la actual. Se podía determinar para cada enlace una tasa de error de bit (BER), que evaluaba la probabilidad de obtener una corrupción por cada bit de datos transmitido, y cuando se emparejaba con la expectativa de errores «cero» en un periodo de tiempo predeterminado, estos parámetros se utilizaban a menudo como criterio de éxito/fracaso para la transmisión de datos. Pero como la metodología de codificación sin retorno a cero (NRZ) ha dado paso a la modulación PAM-4 y a las técnicas de codificación/decodificación FEC, las pruebas y la evaluación de 400G son mucho más difíciles. Y el propio aumento del ancho de banda ha elevado a nuevas cotas la complejidad de las pruebas de las nuevas soluciones y redes modernas.
Desafíos de las pruebas de 400 Gigabit Ethernet
Las mayores velocidades y el uso de la modulación PAM-4 ofrecen enormes mejoras en el rendimiento, pero también son responsables de que las pruebas de las redes ópticas de 400G se conviertan en una tarea mucho más difícil. En primer lugar, la modulación PAM-4 añade complejidad a la capa física. Siempre existe la posibilidad de que se produzcan errores en la transmisión de datos, pero a partir de ahora, la simple cuantificación de errores o las pruebas basadas en errores «cero» ya no son suficientes para detectar anomalías.
El aumento de las tasas de datos y el uso de la FEC ha hecho que algunos módulos con tasas de error más altas después de la FEC empiecen a funcionar sin errores, mientras que otros no. Por lo tanto, ahora se requiere una comprensión más profunda de las observaciones estadísticas y de las distribuciones de errores para separar los patrones con errores aceptables de los inaceptables y, finalmente, identificar las verdaderas causas de fondo. La lógica del FEC es voluminosa y compleja. Por lo tanto, necesitará tanto una comprobación lógica como una completa supervisión dinámica del rendimiento para probar 400 Gbit Ethernet.
La tecnología 400G también aporta soporte de integración avanzada para elementos como los factores de forma QSFP-DD y los módulos ópticos extraíbles CFP8. Y el CFP8, por ejemplo, es una verdadera maravilla de la ingeniería, con láseres y controladores integrados, fotodiodos de alto rendimiento y microcontroladores incorporados en un factor de forma muy pequeño. Al mismo tiempo, todos estos elementos adicionales requieren estrategias que permitan probar y verificar los 400G de estos componentes individualmente, así como en el contexto de la estructura global de la red. En este nuevo entorno, con la creciente complejidad de las soluciones Ethernet influenciadas por la tecnología 400G, se multiplica el valor de utilizar un conjunto de herramientas de prueba dedicado a la tecnología 400G para mejorar la precisión de las pruebas y reducir el tiempo de las mismas.
Redes 400G
La tecnología de multiplexación densa por división de longitud de onda (Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM) ha aumentado considerablemente el ancho de banda de la fibra óptica. Con este método, un solo enlace de fibra puede transmitir datos a 400 Gbit/s o más. Como la fuerza de cualquier circuito (o la velocidad, como en nuestro caso) viene determinada por su eslabón más débil, los desarrollos en Ethernet 400G se centran ahora en cerrar la brecha de velocidad entre el router raíz y el equipo DWDM. La interfaz Ethernet 400G permite aprovechar todo el potencial de los dispositivos de red y alcanzar las densidades de puertos necesarias para garantizar un funcionamiento constante e ininterrumpido de la red de datos con el mayor ancho de banda posible. Los switches ASSP modernos, como la familia Broadcom Tomahawk, pueden alcanzar anchos de banda superiores a 12 Tb/s en un solo chip. La interfaz Ethernet de 400G es una buena opción para adaptar este enorme ancho de banda a la característica de densidad de ancho de banda requerida en el extremo frontal.
¿Quién debería pensar en migrar a 400 Gigabit Ethernet?
La eficiencia que se puede obtener con la adopción de 400G tendrá un impacto notable en todo el ecosistema de redes de alta velocidad, incluidos los fabricantes de chips, módulos y equipos de prueba, así como los proveedores de servicios, corporaciones de Internet y proveedores de telecomunicaciones que esperan estas mejoras y esperan dar un nuevo impulso a sus negocios.
Las empresas del segmento web 2.0 que ofrecen servicios en la nube cuentan con 400G como un medio efectivo para aumentar la densidad de sus centros de datos de rápido crecimiento. Los proveedores de telecomunicaciones, a su vez, no tendrán que mantenerse al día con sus clientes con la introducción de canales de comunicación de vanguardia para sus enormes centros de datos. Estos grandes actores son ahora la principal fuerza impulsora que requiere el rápido desarrollo de 400G. Los desarrolladores de módulos ópticos se beneficiarán de esta demanda de productos más versátiles y pequeños.
Los cambios en la industria que invariablemente traerá la tecnología 400G pueden ser prácticamente imperceptibles para el usuario final, pero la llegada de 400G permitirá que LAS redes modernas cumplan con las crecientes expectativas de velocidad ultra alta y rendimiento ininterrumpido. La transmisión de video, los juegos virtuales y el Internet de las cosas (Internet of Things, IoT) son solo algunas de las aplicaciones que se beneficiarán de la aparición y aplicación generalizada del estándar de red 400GE.
Las ventajas de la 400G
La solución de 400G tiene muchas ventajas. 400 Gigabit Ethernet:
- Es perfecta para los proveedores de servicios de telecomunicaciones (TSP) de gran volumen de tráfico, los grandes centros de datos y otras empresas que experimentan un crecimiento incesante del tráfico.
- Ofrece la potencia, la eficiencia y la densidad necesarias para tecnologías de vanguardia como el 5G, la realidad aumentada (AR), la realidad virtual (VR) y la transmisión de vídeo 4K.
- No solo suministra velocidades de transferencia de datos cuatro veces más rápidas que 100G, sino que proporciona una mayor eficiencia porque sus conductos más grandes son más fáciles de gestionar y transmiten bits con un porcentaje de potencia menor.
- Cuesta menos: Un solo puerto de 400G en un router es más barato que cuatro puertos individuales de 100G.
- Consume menos energía: Un solo puerto de 400G consume menos energía que cuatro puertos individuales de 100G.
- Las velocidades son compatibles con las arquitecturas scale-up y scale-out al proporcionar un bajo coste por bit, alta densidad y un rendimiento fiable.
Conclusiones
Las espectaculares mejoras de velocidad inherentes a la tecnología 400GE suponen un gran salto adelante en la capacidad de Ethernet. Sin embargo, el aumento de la velocidad y el ancho de banda es sólo la punta del iceberg. 400G Ethernet no sólo ofrece más ancho de banda, sino que también ofrece el ancho de banda adecuado en la densidad correcta.
Las exigencias cada vez mayores de los proveedores de servicios de computación en nube y de telecomunicaciones les obligan a utilizar todas las capacidades físicas disponibles de los servidores instalados en sus centros de procesamiento. La eliminación del cuello de botella que antes era Ethernet tendrá un enorme impacto positivo en todo el proceso de creación de redes. E innovaciones como la modulación PAM-4 han hecho posible esta mejora, pero también han creado un nuevo conjunto de retos para los desafíos de probar y validar nuevas soluciones y redes de 400G. Superar con éxito estos retos significa afrontar con éxito una nueva era de rendimiento de la red.
