Sfide e soluzioni per l'implementazione dei data center 400G

Con il progredire della tecnologia, le applicazioni specifiche del settore, come lo streaming video e l'analisi dati, richiedono sempre più velocità dei dati e un'enorme larghezza di banda. La tecnologia 400G, con i suoi transceiver ottici di prossima generazione, porta una nuova esperienza d'uso con servizi innovativi che consentono di elaborare più dati alla volta e più velocemente.

I data center di grandi dimensioni e le aziende alle prese con problemi di traffico dati adottano soluzioni 400G per migliorare i flussi di lavoro operativi e garantire una migliore economia. Di seguito abbiamo presentato una rapida panoramica sull'ascesa del 400G, sulle sfide legate all'implementazione di questa tecnologia e sulle possibili soluzioni.

L'ascesa dei data center 400G

La rapida transizione al 400G in numerosi data center sta cambiando il modo in cui le reti sono progettate e realizzate. Alcuni dei principali fattori che stanno spingendo questa tecnologia di nuova generazione sono il cloud computing, lo streaming video, l'AI e il 5G, i quali stanno determinando la domanda di soluzioni ad alta velocità, alta larghezza di banda e alta scalabilità. Anche la grande quantità di dati generata dai dispositivi intelligenti, dall'Internet of Things, dai social media e da altri modelli as-a-Service sta accelerando questa trasformazione 400G.

I principali vantaggi dell'aggiornamento a un data center 400G sono l'aumento della capacità dati e delle funzionalità di rete necessarie per le implementazioni di fascia alta. Questa tecnologia offre anche maggiore potenza, efficienza, velocità e risparmi sui costi. Una singola porta 400G è molto più economica di quattro singole porte 100G. Allo stesso modo, la maggiore velocità dei dati consente un comodo scale-up e scale-out, fornendo implementazioni ad alta densità, affidabili e a basso costo per bit.

Come funziona il 400G

Prima di esaminare le sfide e le soluzioni per l'implementazione, cerchiamo di capire come funziona il 400G. Innanzitutto, la velocità effettiva di trasmissione dei dati di un collegamento Ethernet 400G è di 425 Gbps. I 25 bit in più stabiliscono una procedura di forward error connection (FEC), che rileva e corregge gli errori di trasmissione.

Il 400G adotta la modulazione di ampiezza degli impulsi a 4 livelli (PAM4) per combinare segnali e velocità di trasmissione più elevate. Questo aumenta le velocità di trasmissione dei dati di quattro volte rispetto all'attuale segnalazione Non-Return to Zero (NRZ). Con PAM4, gli operatori possono implementare quattro corsie di 100G o otto corsie di 50G per diversi fattori di forma (ad esempio, OSFP e QSFP-DD). Questa architettura di transceiver ottico supporta la trasmissione fino a 400 Gbit/s su fibre parallele o a più lunghezze d'onda.

Sfide e soluzioni per l'implementazione

Interoperabilità tra dispositivi

La segnalazione PAM4 introdotta con le implementazioni 400G crea problemi di interoperabilità tra le porte 400G e le apparecchiature di rete tradizionali. In altre parole, le porte e i transceiver NRZ esistenti non sono interoperabili con PAM4. Questo problema è ampiamente riscontrato quando si implementano connessioni di breakout di rete tra server, storage e altri dispositivi nella rete.

Il transceiver 400G trasmette e riceve con 4 corsie di 100G o 8 corsie di 50G con segnalazione PAM4 su entrambe le interfacce elettriche e ottiche. Tuttavia, i transceiver 100G legacy sono progettati con 4 corsie di segnalazione 25G NRZ sul lato elettrico e ottico. Questi due sistemi non sono semplicemente interoperabili e richiedono una soluzione basata su transceiver.

Una soluzione di questo tipo è il transceiver 100G supportante 100G PAM4 sul lato ottico e 4X25G NRZ sul lato elettrico. Questo transceiver esegue il re-timing tra la modulazione NRZ e PAM4 all'interno del cambio del transceiver. Esempi di questi transceiver sono i QSFP28 DR e FR, completamente interoperabili con le apparecchiature di rete 100G tradizionali e i transceiver QSFP-DD DR4 e breakout DR4+. Questi ultimi sono moduli in serie parallela che accettano un connettore MPO-12 con breakout verso connettori LC per interfacciare transceiver FR o DR.

Link flap eccessivi

I link flap sono guasti che si verificano durante la trasmissione dei dati a causa di una serie di errori o guasti sulla connessione ottica. In questo caso, entrambi i transceiver devono eseguire l'auto-negoziazione e l'addestramento del collegamento (AN-LT) prima che i dati possano tornare a scorrere. Se i link flap si verificano frequentemente, ad esempio più volte al minuto, possono influire negativamente sulla velocità di trasmissione.

Sebbene i link flap siano rari con le tecnologie ottiche mature, si verificano comunque e sono spesso causati da errori di configurazione, da un cavo difettoso o da transceiver difettosi. Con 400GbE, i link flap possono verificarsi a causa del calore e di problemi di progettazione dei moduli transceiver o degli switch. La scelta corretta di transceiver, switch e cavi può aiutare a risolvere il problema dei link flap.

Affidabilità del transceiver

Alcuni produttori di transceiver ottici hanno difficoltà a rispettare il budget di potenza dei dispositivi. Ciò comporta problemi di calore, con conseguenti problemi di allineamento delle fibre, perdita di pacchetti e distorsioni ottiche. I problemi di affidabilità dei transceiver si verificano spesso quando i vecchi fattori di forma dei transceiver QSFP, progettati per 40GbE, vengono utilizzati a 400GbE.

Problemi simili si riscontrano anche con i moduli più recenti utilizzati nei sistemi 400GbE, come i fattori di forma QSFP-DD e CFP8. Una soluzione è quella di sottoporre i transceiver a stress test prima di distribuirli in ambienti molto esigenti. È inoltre consigliabile dare priorità alla progettazione dei transceiver durante il processo di selezione.

Distribuzione di 400G nel data center

Per tenere il passo con il numero sempre crescente di dispositivi, utenti e applicazioni in una rete è necessario disporre di un'infrastruttura dati più veloce, ad alta capacità e più scalabile. Il 400G soddisfa queste esigenze ed è la soluzione ottimale per i data center e le grandi aziende che devono affrontare problemi di capacità ed efficienza della rete. Il successo dell'implementazione della tecnologia 400G nel data center o nell'organizzazione dipende dalla capacità di articolare le esigenze di rete e di dati.

L'aggiornamento dell'infrastruttura di rete può contribuire ad alleviare i colli di bottiglia, dai problemi di velocità e larghezza di banda ai vincoli di costo. Tuttavia, per ottenere il massimo dagli aggiornamenti della rete è necessario adottare procedure e processi di implementazione. Ciò potrebbe significare risolvere le sfide più comuni e chiedere aiuto quando necessario.

Una regola generale è quella di avvalersi dell'aiuto professionale di un esperto IT che vi guiderà nel processo di aggiornamento a 400G. L'esperto IT vi aiuterà a scegliere i transceiver, i cavi, i router e gli switch migliori da utilizzare e condurrà anche un'analisi approfondita dei rischi dell'intera rete. In questo modo, l'aggiornamento sarà appropriato in base alle esigenze della rete e alle richieste dei clienti.