Herausforderungen und Lösungen bei der Implementierung von 400G-Rechenzentren

Mit dem technologischen Fortschritt erfordern spezifische Industrieanwendungen wie Videostreaming, KI und Datenanalyse immer höhere Datengeschwindigkeiten und stellen massive Bandbreitenanforderungen. Die 400G-Technologie mit ihren optischen Transceivern der nächsten Generation bietet ein neues Benutzererlebnis mit innovativen Diensten, die eine schnellere und umfassendere Datenverarbeitung ermöglichen.

Große Rechenzentren und Unternehmen, die mit Problemen beim Datenverkehr zu kämpfen haben, nutzen 400G-Lösungen, um ihre betrieblichen Abläufe zu verbessern und eine bessere Wirtschaftlichkeit zu erzielen. Im Folgenden finden Sie einen kurzen Überblick über den Aufstieg von 400G, die Herausforderungen beim Implementieren dieser Technologie und die möglichen Lösungen.

Der Aufstieg der 400G-Rechenzentren

Der schnelle Wechsel zu 400G in mehreren Rechenzentren verändert die Art und Weise, wie Netzwerke entworfen und aufgebaut werden. Einige der Hauptfaktoren für diese Technologie der nächsten Generation sind Cloud-Computing, Videostreaming, KI und 5G, die die Nachfrage nach Hochgeschwindigkeits-, Hochbreitband- und hochskalierbaren Lösungen vorantreiben. Die großen Datenmengen, die durch intelligente Geräte, das Internet of Things, soziale Medien und andere As-a-Service-Modelle erzeugt werden, beschleunigen diese 400G-Transformation ebenfalls.

Die wichtigsten Vorteile eines Upgrades auf ein 400G-Rechenzentrum sind die höhere Datenkapazität und die Netzwerkfunktionen, die für High-End-Implementierungen erforderlich sind. Diese Technologie bietet auch mehr Leistung, Effizienz, Geschwindigkeit und Kosteneinsparungen. Ein einzelner 400G-Port ist wesentlich günstiger als vier einzelne 100G-Ports. Außerdem ermöglichen die höheren Datengeschwindigkeiten ein bequemes Scale-up und Scale-out, indem sie eine hohe Dichte, Zuverlässigkeit und niedrige Kosten pro Bit ermöglichen.

Wie 400G funktioniert

Bevor wir uns mit den Herausforderungen und Lösungen bei der Implementierung befassen, sollten wir zuerst verstehen, wie 400G funktioniert. Zunächst einmal beträgt die tatsächliche Leitungsrate oder Datenübertragungsgeschwindigkeit einer 400G-Ethernet-Verbindung 425 Gbps. Mit den zusätzlichen 25 Bits wird ein FEC-Verfahren (Forward Error Connection) eingerichtet, mit dem Übertragungsfehler erkannt und korrigiert werden.

400G verwendet die 4-stufige Pulsamplitudenmodulation (PAM4), um höhere Signal- und Baudraten zu kombinieren. Dies erhöht die Datenraten um das Vierfache gegenüber der derzeitigen NRZ-Signalisierung (Non-Return to Zero). Mit PAM4 können Betreiber vier Lanes mit 100G oder acht Lanes mit 50G für verschiedene Formfaktoren (d. h. OSFP und QSFP-DD) implementieren. Diese optische Transceiver-Architektur unterstützt die Übertragung von bis zu 400 Gbit/s entweder über parallele Fasern oder über mehrere Wellenlängen.

Herausforderungen und Lösungen bei der Implementierung

Interoperabilität zwischen Geräten

Die mit der Einführung von 400G verbundene PAM4-Signalisierung führt zu Interoperabilitätsproblemen zwischen den 400G-Ports und älteren Netzwerkgeräten. Das heißt, die vorhandenen NRZ-Switch-Ports und Transceiver sind nicht mit PAM4 kompatibel. Dieses Problem tritt häufig bei der Einrichtung von Netzwerk-Breakout-Verbindungen zwischen Servern, Speichern und anderen Geräten im Netzwerk auf.

400G-Transceiver senden und empfangen mit 4 Lanes von 100G oder 8 Lanes von 50G mit PAM4-Signalisierung sowohl an den elektrischen als auch an den optischen Schnittstellen. Die älteren 100G-Transceiver sind jedoch auf 4 Lanes mit 25G NRZ-Signalen auf der elektrischen und optischen Seite ausgelegt. Diese beiden sind einfach nicht interoperabel und erfordern eine auf Transceivern basierende Lösung.

Eine solche Lösung sind die 100G-Transceiver, die 100G PAM4 auf der optischen Seite und 4x 25G NRZ auf der elektrischen Seite unterstützen. Dieser Transceiver führt das Re-Timing zwischen der NRZ- und PAM4-Modulation innerhalb des Transceiver-Getriebes durch. Beispiele für diese Transceiver sind die QSFP28 DR und FR, die mit älteren 100G-Netzwerkgeräten vollständig interoperabel sind, sowie QSFP-DD DR4 und DR4+ Breakout-Transceiver. Bei letzteren handelt es sich um parallele Serienmodule, die einen MPO-12-Steckverbinder mit Breakouts zu LC-Steckverbindern unterstützen, um FR- oder DR-Transceiver anzuschließen.

Übermäßige Link-Flaps

Link-Flaps sind Störungen, die während der Datenübertragung aufgrund einer Reihe von Fehlern oder Ausfällen der optischen Verbindung auftreten. In diesem Fall müssen beide Transceiver eine Autonegotiation und ein Link-Training (AN-LT) durchführen, bevor die Daten wieder übertragen werden können. Wenn Link-Flaps häufig auftreten, d. h. mehrmals pro Minute, kann dies den Durchsatz negativ beeinflussen.

Und obwohl Link-Flaps bei ausgereiften optischen Technologien selten sind, treten sie dennoch auf und werden häufig durch Konfigurationsfehler, ein schlechtes Kabel oder defekte Transceiver verursacht. Bei 400 GbE können Link-Flaps aufgrund von Hitze- und Designproblemen bei Transceivermodulen oder Switches auftreten. Die richtige Auswahl von Transceivern, Switches und Kabeln kann helfen, dieses Problem mit Link-Flaps zu lösen.

Zuverlässigkeit des Transceivers

Einige Hersteller von optischen Transceivern haben Probleme, das Leistungsbudget der Geräte einzuhalten. Dies führt zu Wärmeproblemen, die wiederum Probleme bei der Faserausrichtung, Paketverluste oder optische Verzerrungen verursachen. Probleme mit der Zuverlässigkeit von Transceivern treten häufig auf, wenn alte QSFP-Transceiver-Formfaktoren, die für 40 GbE entwickelt wurden, für 400 GbE verwendet werden.

Ähnliche Probleme treten auch bei neueren Modulen auf, die in 400-GbE-Systemen verwendet werden, z. B. bei den Formfaktoren QSFP-DD und CFP8. Eine Lösung besteht darin, Transceiver vor dem Einsatz in anspruchsvollen Anwendungsbereichen einem Belastungstest zu unterziehen. Darüber hinaus ist es ratsam, bei der Auswahl eines Transceivers besonders auf dessen Bauart zu achten.

Implementierung von 400G in Ihrem Rechenzentrum

Um mit der ständig steigenden Anzahl von Geräten, Benutzern und Anwendungen in einem Netzwerk mithalten zu können, ist eine schnellere, leistungsstärkere und skalierbarere Dateninfrastruktur erforderlich. 400G erfüllt diese Anforderungen und ist die optimale Lösung für Rechenzentren und große Unternehmen, die Probleme mit der Netzwerkkapazität und -effizienz haben. Der erfolgreiche Einsatz der 400G-Technologie in Ihrem Rechenzentrum oder Unternehmen hängt davon ab, wie präzise Sie Ihre Daten- und Netzwerkanforderungen definiert haben.

Die Aufrüstung Ihrer Netzwerkinfrastruktur kann dazu beitragen, Engpässe zu beseitigen – von Geschwindigkeits- und Bandbreitenproblemen bis hin zu Kosteneinschränkungen. Die optimale Nutzung Ihrer Netzwerk-Upgrades hängt jedoch von den Implementierungsverfahren und -prozessen ab. Dies könnte bedeuten, dass Sie die üblichen Probleme lösen und bei Bedarf Hilfe in Anspruch nehmen müssen.

Als Faustregel gilt, dass Sie die professionelle Hilfe eines IT-Experten in Anspruch nehmen sollten, der Sie durch den 400G-Upgrade-Prozess führt. Der IT-Experte wird Ihnen bei der Auswahl der besten Transceiver, Kabel, Router und Switches helfen und sogar eine gründliche Risikoanalyse für Ihr gesamtes Netzwerk durchführen. Auf diese Weise können Sie ein Upgrade durchführen, das den Anforderungen Ihres Netzwerks und der Kunden entspricht.