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Jan 10, 2024

Mezclando cobre y fibra

Los cables de cobre y fibra están evolucionando para satisfacer las necesidades de los centros de datos, pero ambos tendrán un lugar en el futuro de las redes. No pasa una semana sin que se abra un nuevo centro de datos en algún lugar, o una gran

Los cables de cobre y fibra están evolucionando para satisfacer las necesidades de los centros de datos, pero ambos tendrán un lugar en el futuro de las redes

No pasa una semana sin que se abra un nuevo centro de datos en algún lugar o que un gran proveedor de alojamiento amplíe sus instalaciones existentes. Una investigación reciente de iXConsulting respalda esa tendencia. Su 14ª Encuesta sobre centros de datos encuestó a empresas que controlan cada una alrededor de 25 millones de pies cuadrados de espacio de centros de datos en Europa, incluidos propietarios, operadores, desarrolladores, inversores, consultores, especialistas en diseño y construcción, grandes corporaciones, empresas de telecomunicaciones, integradores de sistemas, empresas de colocación y servicios en la nube. proveedores.

Todos expresaron el deseo y la intención de ampliar la huella actual de su centro de datos, tanto internamente como a través de terceros, y el 60 por ciento dijo que aumentaría la capacidad interna en 2017 y el 38 por ciento en 2018. Más de un tercio (35 por ciento) dijeron que ampliarían su capacidad de alojamiento de terceros para 2019.

Más que cualquier otra parte del mercado, son los proveedores de servicios en la nube a hiperescala los que parecen estar impulsando actualmente esa expansión. Canalys sugiere que los cuatro grandes actores de la nube por sí solos (Amazon Web Services (AWS), Google, IBM y Microsoft) representaron el 55 por ciento del mercado de servicios de infraestructura en la nube (incluidos IaaS y PaaS) por valor en el segundo trimestre de 2017, en con un valor total de 14.000 millones de dólares y un crecimiento interanual del 47 por ciento.

Independientemente del tamaño de las instalaciones de alojamiento que se posean y mantengan, el crecimiento implacable en el volumen de datos y cargas de trabajo virtualizadas que se almacenan, procesan y transmiten a medida que esos centros de datos se expanden ejercerá una presión significativa sobre la infraestructura subyacente del centro de datos. Y eso es especialmente cierto para las redes internas y los sistemas de cableado subyacentes que enfrentan una grave falta de ancho de banda y capacidad para una futura expansión con la tecnología y los enfoques arquitectónicos actuales.

En cada centro de datos individual, la elección del cableado dependerá de una serie de factores diferentes más allá de la capacidad, incluida la compatibilidad con el cableado existente, las distancias de transmisión, las restricciones de espacio y el presupuesto.

El cableado de cobre de par trenzado no blindado (UTP) y blindado (STP) se ha implementado ampliamente en los centros de datos durante los últimos 40 años, y muchos propietarios y operadores seguirán siendo reacios a descartar por completo las inversiones existentes.

Además de ser más barato de comprar, el cableado de cobre tiene costos de implementación relativamente bajos porque no es necesario comprar hardware adicional y los ingenieros pueden terminarlo de manera rápida y sencilla en el sitio.

La fibra necesita transceptores adicionales para conectarse a los conmutadores y también requiere terminación especializada. Por el contrario, los cables de cobre utilizan las mismas interfaces RJ-45, compatibles con especificaciones de cableado de cobre anteriores, lo que simplifica la instalación y la migración gradual durante un período de tiempo más largo. Los estándares para el cableado de cobre han evolucionado para garantizar esta continuidad (ver cuadro: los estándares de cobre evolucionan).

Las redes de centros de datos que actualmente dependen de una combinación de conexiones de 1 Gbps y/o 10 Gbps en el servidor, el conmutador y las capas superiores o de rack hoy en día probablemente vean 25/40 Gbps como la próxima actualización lógica. Pero para evitar cuellos de botella en la capa de agregación y backbone, también necesitarán considerar el mejor enfoque para aumentar la capacidad en otros lugares, y particularmente en distancias más largas que los cables de cobre (incluso Cat8) no están preparados para soportar.

Muchos operadores de centros de datos y empresas de alojamiento tienen planes de implementar redes capaces de soportar velocidades de datos de 100 Gbps y más en las capas central y de agregación, por ejemplo.

Esa capacidad tendrá que hacer frente a los requisitos internos de transmisión de datos creados por cientos de miles o millones de máquinas virtuales, que se espera que se ejecuten en servidores de centros de datos en 2018/2019, y la mayoría está buscando activamente soluciones que sentarán las bases para la migración a 400 Gbps. en el futuro.

Cuando se requiere ese tipo de ancho de banda en tramos de cable más largos, la única opción realista es la fibra, ya sea fibra multimodo (MMF) o fibra monomodo (SMF). MMF es más barato y permite anchos de banda más bajos y tramos de cable más cortos. Se implementó por primera vez en redes de telecomunicaciones a principios de la década de 1980 y rápidamente avanzó hacia redes empresariales de área local y amplia (LAN/WAN), redes de área de almacenamiento (SAN) y enlaces troncales dentro de granjas de servidores y centros de datos que requerían más capacidad que el cableado de cobre. podría apoyar.

Mientras tanto, las redes de telecomunicaciones pasaron a la fibra monomodo, que es más cara y permite un mayor rendimiento y distancias más largas. La mayor parte de la fibra interna de los edificios sigue siendo multimodo, y la industria de redes ha creado una serie de desarrollos en los estándares de fibra para maximizar la capacidad de datos de esas instalaciones (consulte el recuadro: hacer que el multimodo haga más).

Sin embargo, a medida que los centros de datos han seguido expandiéndose, las limitaciones de distancia de las especificaciones actuales de MMF han resultado restrictivas para algunas empresas. Esto es particularmente cierto para los proveedores de servicios en la nube a hiperescala y aquellos que almacenan volúmenes masivos de datos como Facebook, Microsoft y Google, que han construido grandes instalaciones universitarias que abarcan varios kilómetros. El gigante de las redes sociales Facebook, por ejemplo, gestiona varios grandes centros de datos en todo el mundo, cada uno de los cuales vincula cientos de miles de servidores en un único tejido virtual que abarca un sitio. Lo mismo se aplica a Microsoft, Google y otros proveedores de servicios en la nube para quienes los requisitos de tráfico de red de este a oeste (es decir, entre diferentes servidores en el mismo centro de datos) son particularmente altos.

Lo que idealmente querían estas empresas era fibra monomodo en una forma que fuera compatible con las necesidades y el presupuesto de los centros de datos: una especificación de cableado de fibra de 100 Gbps con una interfaz monomodo que fuera competitiva en costos con las alternativas multimodo existentes, tuviera un mínimo de fibra óptica. Pérdida de señal y admite distancias de transmisión de entre 500 my 2 km. Diferentes grupos de proveedores de redes crearon cuatro especificaciones posibles. Facebook respaldó la especificación 100G del CWDM4-MSA, que se presentó al Open Compute Project (OCP) y se adoptó como parte de OCP en 2011.

Facebook cambió al modo único porque diseñó y construyó su propio centro de datos y estaba enfrentando limitaciones significativas con las soluciones de cableado existentes. Sus ingenieros calcularon que para alcanzar los 100 m a 100 Gbps utilizando transceptores ópticos estándar y fibra multimodo, tendría que volver a cablear con OM4 MMF. Esto era viable dentro de centros de datos más pequeños, pero no ofrecía flexibilidad para enlaces de mayor longitud en instalaciones más grandes, y no estaba preparado para el futuro: no había probabilidad de actualizaciones de ancho de banda más allá de 100 Gbps.

Si bien Facebook quería un cableado de fibra que durara toda la vida útil del centro de datos y admitiera múltiples ciclos de vida de la tecnología de interconexión, los transceptores monomodo disponibles que soportaban longitudes de enlace de más de 10 km eran excesivos. Proporcionaban un alcance innecesario y eran demasiado caros para sus fines.

Entonces Facebook modificó la especificación 100G-CWDM4 MSA según sus propias necesidades de alcance y rendimiento. También disminuyó el rango de temperatura, ya que el entorno del centro de datos está más controlado que los entornos exteriores o subterráneos a los que se encuentra la fibra de telecomunicaciones.

También estableció expectativas más adecuadas para la vida útil de los cables instalados al alcance de los ingenieros.

La OCP tiene ahora casi 200 miembros, incluidos Apple, Intel y Rackspace. Facebook también continúa trabajando con Equinix, Google, Microsoft y Verizon para alinear esfuerzos en torno a un estándar de interconexión óptica que utiliza SMF dúplex y ha lanzado la especificación CWDM4-OCP que se basa en el esfuerzo de CWDM4-MSA y está disponible para descargar desde OCP. sitio web.

La llegada de una mejor fibra multimodo (OM5 MMF) y la fibra monomodo de menor costo impulsada por Facebook podrían cambiar las reglas del juego significativamente e impulsar a algunos proveedores de gran escala a optar exclusivamente por fibra en sus instalaciones de alojamiento, especialmente donde pueden utilizar su poder adquisitivo para reducir el costo de los transceptores.

En realidad, es probable que pocos centros de datos dependan exclusivamente de cableado de cobre o de fibra; la solución óptima para la mayoría seguirá dependiendo inevitablemente de una combinación de ambos en diferentes partes de la infraestructura de red en el futuro previsible.

El uso de convertidores de medios de fibra también añade un grado de flexibilidad, interconectando diferentes formatos de cableado y ampliando el alcance de los equipos Ethernet basados ​​en cobre a través de enlaces SMF/MMF que abarcan distancias mucho más largas.

Por lo tanto, si bien las futuras actualizaciones de la gama Cat6/7 existente implicarán cableado Cat8 que admita velocidades de datos de 25/40 Gbps y manejará mayores requisitos de capacidad en conexiones de corto alcance en el servidor, el conmutador y la parte superior del nivel del rack durante algunos años, los operadores de centros de datos pueden luego agregue ese tráfico a través de redes troncales de fibra MMF/SMF de capacidad mucho mayor para la interconexión central y los enlaces entre campus.

Actualmente, la mayoría de las instalaciones dependen de una combinación de cableado de cobre de Categoría 6 (Cat6) y Cat7 que admite un ancho de banda de 10 Gbps en 100 m y velocidades de datos más altas, de hasta 40 Gbps en distancias mucho más cortas. Pero la evolución de esas especificaciones de cableado de cobre es ahora fundamental para satisfacer los requisitos no sólo de los proveedores de servicios de nube a hiperescala, sino también de empresas y empresas de telecomunicaciones más grandes con grandes ambiciones de expandir su uso o entrega de aplicaciones y servicios alojados en nubes privadas o híbridas.

En 2016, el Comité de Ingeniería de Sistemas de Cableado de Telecomunicaciones TR-42 de la Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (TIA) aprobó la siguiente etapa en esa evolución: Cat8, compatible con 25/40GBase-T en tramos cortos de cableado de par trenzado blindado de 5 a 30 m con un RJ estándar. -45 interfaz Ethernet. Debido a su alcance relativamente corto, Cat8 está, por el momento, dirigido a conexiones de conmutador a servidor en topologías de parte superior del bastidor o de final de fila.

Definidos por sus diámetros de núcleo y revestimiento, los tipos de fibra multimodo son designados por la IEC como OM1 a OM4. Cuando los requisitos de ancho de banda del OM1 superaron los 100 Mbps, su diámetro de 62,5 µm se redujo a 50 µm (OM2) para mejorar la capacidad a 1 Gbps e incluso 10 Gbps en longitudes de enlace más cortas de 82 m.

Esto se vio impulsado nuevamente con OM3 (o fibra multimodo optimizada por láser - LOMMF) en la década de 1990. OM3 utilizó un láser de emisión de superficie de cavidad vertical (VCSEL) en lugar de equipos basados ​​en LED para aumentar el alcance de OM2, que ahora admite velocidades de transmisión de 10 Gbps a más de 300 m.

Varias mejoras en OM3 impulsaron el ancho de banda y alcanzaron 40/100 Gbps en distancias de hasta 100 m, pero la llegada de OM4 (que utiliza el mismo diámetro de 50 µm y equipo VCSEL) amplió el ancho de banda de 10 Gbps a 550 m y permitió velocidades de datos de 100 Gbps en 150 m. Los cuatro tipos de cableado MMF todavía se encuentran en muchos de los centros de datos actuales, pero predominan los OM3/4 debido a su mayor ancho de banda, mayor alcance y compatibilidad con VCSEL.

Una quinta implementación, OM5, anteriormente conocida como MMF de banda ancha (WBMMF), utiliza multiplexación por división de onda corta (SWDM) y se publicó como estándar TIA-492AAAE en 2016. Utiliza el mismo diámetro de 50 µm y el mismo equipo VCSEL que OM3/4 y es totalmente compatible con sus predecesores, pero aumenta la capacidad de cada fibra en un factor de cuatro para admitir velocidades de datos mucho más altas, de hasta 100 Gbps a través de conexiones de fibra dúplex y, en el futuro, 400 Gbps a través de las mismas interfaces MPO de 8 fibras.

Hasta la fecha ha habido poca implementación de OM5 en los centros de datos, en gran parte porque pocos fabricantes han producido transceptores apropiados en cualquier volumen. Los proveedores formaron el grupo SWDM MSA recién en marzo de 2017, mientras que Finisair anunció que comenzó a producir transceptores SWDM QSFP28 que admiten 100 Gbps a través de un solo par de fibras en noviembre siguiente. No hay duda de que OM5 se convertirá rápidamente en la implementación de facto de MMF para nuevos centros de datos en 2018, mientras que los operadores también comenzarán a actualizar las instalaciones existentes con nuevo cableado y equipos de transmisión según sea necesario.

Al reconocer la brecha en la provisión y el tamaño potencial de la oportunidad de mercado, varios proveedores de cableado de red formaron acuerdos de fuentes múltiples (MSA) para colaborar en la entrega de fibra monomodo en una forma utilizable en centros de datos. En los últimos años han surgido cuatro candidatos potenciales para una especificación adecuada.

La alianza 100G CLR4 encabezada por Intel y Arista Networks tenía como objetivo crear una solución 100G-CWDM de bajo consumo en factor de forma QSFP que admita un ancho de banda de 100 Gbps sobre SMF dúplex a distancias de hasta 2 km.

OpenOptics 100 Gigabit Ethernet MSA fue fundada conjuntamente por Mellanox Technologies y la startup óptica Raniovus. Propuso una especificación de 100 GbE y un transceptor óptico QSFP28 de 1550 nm con un alcance de 2 km utilizando una combinación de SMF y fotónica de silicio para ofrecer una capacidad de 100G/400G y más basada en WDM. Los partidarios incluyen Ciena, Vertilas, MultiPhy y el proveedor de servicios en la nube Oracle.

El CWDM4-MSA también apunta a interfaces ópticas de 100G para tendidos de cable de 2 km utilizando 4 carriles de SMF dúplex de 25 Gbps. Los cinco miembros fundadores fueron Avago Technologies, Finisar, Oclaro, JDSU y Sumitomo Electric, con miembros adicionales incluidos Brocade, Juniper Networks y Mitsubishi Electric. Aunque el consorcio no especificó una interfaz, se espera que se aplique el factor de forma QSFP28.

El MSA paralelo monomodo de 4 carriles (PSM4) definió una especificación con un alcance mínimo de 500 m que transmite 100 Gbps a través de ocho fibras monomodo (cuatro de transmisión y cuatro de recepción), cada una de las cuales transmite a 25 Gbps y admite transceptores ópticos QSFP28. Los miembros originales incluían Avago, Brocade, Finisar JDSU, Juniper Networks, Luxtera, Microsoft, Oclaro y Panduit.

Este artículo apareció en la edición de diciembre/enero de la revista DCD. Suscríbete a las ediciones digital e impresa aquí: