El rápido desarrollo de la tecnología de redes ha requerido un procesamiento más rápido y eficiente para hacer frente al creciente volumen de tráfico de datos. El cambio a 400 Gigabit Ethernet (400GbE) en la infraestructura de red actual es clave debido al mayor uso de aplicaciones con uso intensivo de ancho de banda por parte de las organizaciones. Este informe considera muchos aspectos relacionados con 400GbE, como sus fundamentos técnicos, lo que significa para el rendimiento y el diseño de las redes en el futuro, etcétera. Con esta cuenta completa de aproximadamente cuatrocientos gigabits Ethernet, las personas pueden comprender más claramente cómo estas tecnologías funcionan juntas, conectando todo mejor que nunca, especialmente cuando se enfrentan a los desafíos de la transformación digital actual.
¿Qué es Ethernet 400G?
Comprender la tecnología de 400 GbE
400GbE (Ethernet) es un gran avance en la tecnología de transmisión de datos; ha sido diseñado para hacer frente a las demandas de ancho de banda cada vez mayores de los centros de datos altamente avanzados y los entornos informáticos de alto rendimiento de la actualidad. Aprovecha múltiples modos de transmisiones basadas en cuatro carriles de 100 GbE, que funcionan simultáneamente, o transmisiones de un solo carril que se basan en óptica coherente. Esto significa que esta nueva tecnología no sólo mejora el rendimiento, sino que también ahorra energía en comparación con otros métodos y, al mismo tiempo, sigue siendo compatible con los estándares Ethernet actuales. Con métodos de modulación más avanzados y transceptores más densos, permite la transferencia fluida de información a través de redes más amplias para que los establecimientos puedan mantenerse al día con las necesidades de su entorno digital en rápido cambio.
Beneficios clave de 400G
El uso de 400 Gigabit Ethernet (400GbE) tiene varias ventajas que son importantes para un mejor rendimiento de la red y eficiencia operativa.
- Más ancho de banda: esta tecnología permite a las organizaciones alcanzar velocidades de transferencia de datos mucho más altas. Por lo tanto, proporciona un acceso más rápido a aplicaciones y servicios, un requisito necesario para la computación en la nube y para las actividades con uso intensivo de datos.
- Rentabilidad: las empresas pueden ahorrar en costos de equipos al integrar múltiples conexiones con velocidades más bajas en un enlace de 400 GbE. Además, se reducirá el consumo de energía y se minimizarán los requisitos de espacio dentro de los centros de datos.
- Escalabilidad: La capacidad de 400GbE para manejar un mayor tráfico de red sin requerir el reemplazo completo de la infraestructura existente lo hace preparado para el futuro, por lo que es adecuado para la escalabilidad.
- Compatibilidad: Se pueden incorporar nuevas tecnologías a las configuraciones actuales porque 400GbE es compatible con estándares Ethernet anteriores.
- Mejor rendimiento: la óptica coherente, entre otras funciones avanzadas utilizadas en esta tecnología, mejora la integridad de los datos y reduce la latencia, mejorando así el rendimiento, especialmente en aplicaciones informáticas de alto rendimiento.
Por lo tanto, estos beneficios hacen de Ethernet de 400 Gb/s una parte esencial del proceso de desarrollo de arquitecturas de redes modernas que puedan hacer frente a los desafíos que plantea un mundo cada vez más conectado.
Aplicaciones en redes modernas
400 Gigabit Ethernet (400GbE) se ha vuelto más valioso en muchas áreas de las redes modernas debido a sus capacidades. A continuación se muestran algunos casos de uso importantes:
- Centros de datos: en los centros de datos, 400 GbE permite velocidades de transferencia mucho más rápidas entre servidores, así como sistemas de almacenamiento y conmutadores de red, lo que admite la virtualización a gran escala y el análisis de big data.
- Servicios en la nube: con el crecimiento de la computación en la nube, 400 GbE hace posible mover datos rápidamente entre los puntos finales de los usuarios y los servicios en la nube, lo que mejora en gran medida el rendimiento para los usuarios que dependen de aplicaciones que consumen mucho ancho de banda, como redes de entrega de contenido (CDN), plataformas de transmisión de video o Sistemas ERP.
- Telecomunicaciones: Las redes centrales y las ubicaciones de borde dentro de las infraestructuras de telecomunicaciones necesitan un mayor rendimiento a través de enlaces Ethernet de 400 gigabits donde puedan manejar cargas de tráfico más pesadas generadas por bases de suscriptores más grandes que vienen con nuevos servicios como la conectividad móvil 5G, entre otros.
- Computación de alto rendimiento (HPC): durante este período en el que la computación es costosa en términos de tiempo necesario por operación; Los entornos HPC utilizan tecnología Ethernet de 400 Gb/s para conectar diferentes clústeres de computación dentro de los mismos gabinetes de rack o incluso en varios racks pero cerca uno del otro para que tengan un acceso de baja latencia entre sí, lo que permite simulaciones rápidas basadas en grandes volúmenes de datos científicos recopilados. durante largos períodos desde varios sensores en todo el mundo, incluidos los desplegados bajo los océanos, etc.
- Backbones de red: a medida que el tráfico de Internet continúa aumentando exponencialmente año tras año; Los proveedores de servicios deben adoptar estas nuevas tecnologías, es decir, puertos Ethernet de 400G en sus enrutadores centrales, que deberían poder reenviar paquetes de manera eficiente a distancias muy largas y al mismo tiempo cumplir con las tasas de crecimiento futuras previstas con respecto a la demanda de ancho de banda, especialmente considerando que el contenido se entrega a través de CDN, cuya popularidad es creciendo rápidamente... conduciendo así a una adopción más amplia que nunca antes vista a lo largo de la historia de la industria, creando así desafíos asociados con las tablas de enrutamiento global, entre otros.
Los escenarios de uso anteriores muestran cómo Ethernet de cuatrocientos Gbps no solo satisface las necesidades actuales sino que también posiciona a las redes para adaptarse a los cambios dentro de las comunicaciones digitales, así como a los entornos de procesamiento de datos.
¿Cómo mejora Ethernet 400G los centros de datos?
Impulsar el rendimiento del centro de datos
Los sofisticados métodos de señalización y la tecnología de transmisión de datos permiten que 400 GbE multipliquen por cinco el rendimiento de un centro de datos. Puede hacerlo facilitando la transferencia de información a través de canales de alta capacidad. Al consolidar muchas cargas de datos en una sola con la ayuda de fibras ópticas y conectores de última generación, 400GbE reduce la cantidad de conexiones físicas necesarias, minimizando así la latencia y al mismo tiempo aumentando la eficiencia energética en todos los ámbitos en las operaciones de CC. Además, nos permite agregar muchos 100 GbE o 10 GbE en un solo 400 GbE, lo que optimiza la utilización del ancho de banda que, a su vez, garantiza la escalabilidad fluida necesaria para hacer frente a las crecientes demandas de tráfico de datos, mejorando así el rendimiento en aplicaciones que requieren velocidades de procesamiento rápidas dentro de centros de datos, lo que conduce a experiencias de usuario mejoradas y eficiencias operativas.
400GbE en aprendizaje automático e inteligencia artificial
En entornos de IA o ML, la introducción de 400 GbE es importante porque puede manejar grandes conjuntos de datos y también permitir el procesamiento en tiempo real. El hecho de que los modelos de aprendizaje automático necesiten más potencia computacional y mayor rendimiento de datos hace que 400 GbE sean vitales, ya que proporcionan suficiente ancho de banda para transferir información de entrenamiento rápidamente sin retrasos causados por la latencia. Esto se vuelve muy esencial en el aprendizaje profundo, donde muchas GPU y nodos de computación están conectados entre sí a través de interconexiones rápidas para reducir el tiempo de procesamiento y mejorar el rendimiento del modelo.
Además, esta tecnología admite sistemas más complejos, como arquitecturas informáticas distribuidas o plataformas de aprendizaje automático basadas en la nube, que fomentan la colaboración entre diferentes recursos, haciéndolos trabajar juntos de manera eficiente. Con una infraestructura tan escalable, las organizaciones pueden acelerar sus esfuerzos de IA utilizando Ethernet de 400 Gb, lo que permite una experimentación, iteración e implementación más rápidas en diversas industrias de soluciones impulsadas por inteligencia artificial. De esta manera, no solo se satisfacen los requisitos inmediatos de transferencia de datos, sino que también se crean oportunidades para futuros desarrollos dentro de la informática inteligente mediante la integración de cuatrocientos gigabit Ethernet en marcos de ML junto con otras tecnologías de IA.
¿Cuáles son los componentes clave de Ethernet 400G?
Introducción a los módulos QSFP-DD
Los módulos cuádruples de doble densidad conectable de factor de forma pequeño (QSFP-DD) son un transceptor para redes Ethernet de 400G. Estos ayudan a enviar datos rápidos. Los QSFP-DD cumplen con la tecnología de conector de doble densidad, lo que significa que pueden duplicar la velocidad de los estándares QSFP existentes. Están fabricados de tal manera que pueden manejar señales ópticas multimodo y monomodo, lo que les permite utilizarse en diferentes entornos de red, como centros de datos, redes empresariales o entornos informáticos de alto rendimiento.
Las características principales de los módulos QSFP-DD incluyen soporte para anchos de banda agregados de hasta 400 Gbps, menor consumo de energía en comparación con los módulos de la generación anterior y compatibilidad con versiones anteriores de interfaces QSFP ya existentes. Además, se han diseñado con mejores capacidades de refrigeración, lo que garantiza un rendimiento óptimo incluso cuando se utilizan en bastidores densamente poblados.
Dado que cada vez más organizaciones adoptan redes de alta velocidad todos los días, la necesidad de estándares QSFP-DD se vuelve inevitable, si no obligatoria, para garantizar la satisfacción de los requisitos, la escalabilidad y la flexibilidad de las aplicaciones de próxima generación, así como para promover operaciones efectivas de datos. centros.
El papel de la modulación PAM4
La modulación de amplitud de pulso 4 (PAM4) es una tecnología clave para Ethernet 400G, que aumenta considerablemente las velocidades de datos en comparación con los sistemas existentes. La modulación binaria utiliza sólo dos niveles de amplitud para transmitir datos, pero PAM4 tiene cuatro niveles distintos que pueden representar dos bits de información en un símbolo. Esto significa que dentro de un mismo ancho de banda, esta innovación duplica la cantidad de datos que se pueden enviar a través de él y, por tanto, se convierte en parte esencial de cualquier solución diseñada para hacer frente a la cada vez mayor demanda de ancho de banda en centros de datos y alto rendimiento. entornos informáticos.
El uso de la modulación PAM4 es particularmente útil para la computación en la nube, el análisis de datos y los servicios de transmisión, donde la velocidad y la eficiencia son requisitos críticos. Sin embargo, su implementación presenta algunos desafíos, incluida una mayor susceptibilidad al ruido y una menor integridad de la señal, aunque estos problemas se han abordado mediante métodos refinados de corrección de errores junto con técnicas de procesamiento de señales digitales (DSP) más avanzadas para garantizar un rendimiento confiable incluso en tales condiciones. A medida que la industria avanza hacia soluciones de redes más rápidas, la modulación PAM4 seguirá siendo fundamental para permitir la implementación exitosa y la ampliación de infraestructuras Ethernet 400G.
¿Cuál es la evolución de los estándares Ethernet?
De 10 Gbps a 400 Gbps: el viaje
Los estándares de Ethernet han evolucionado en una serie de avances sorprendentes en velocidades de transmisión de datos de 10 Gbps a 400 Gbps. Creado originalmente a principios de la década de 2000, el estándar 10 Gigabit Ethernet (GbE) mejoró significativamente las aplicaciones de redes de alta velocidad para centros de datos. Luego, el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) ideó los estándares Ethernet 40G y 100G a medida que crecía la demanda de un mayor ancho de banda, lo que permitía mayores velocidades de transmisión de datos sin dejar de ser compatible con la infraestructura existente.
En 2017, IEEE ratificó 400 Gigabit Ethernet (o IEEE 802.3bs), lo que representó un gran avance en términos de velocidades más rápidas necesarias para admitir nuevas aplicaciones como la computación en la nube, el análisis de big data y la transmisión de video de alta definición. Este estándar utiliza varias tecnologías como modulación PAM4, esquemas de transmisión de múltiples carriles e interfaces ópticas mejoradas (QSFP-DD y OSFP) que permiten a los operadores de red maximizar la eficiencia de su infraestructura física. A medida que las empresas continúan manejando más datos y adoptando iniciativas de transformación digital, la evolución de Ethernet ayuda a garantizar que las redes puedan manejar estas demandas futuras y al mismo tiempo mejorar la conectividad general.
Información sobre el estándar IEEE 802.3bs
El panorama de Ethernet ve el estándar IEEE 802.3bs como un punto de inflexión porque está diseñado principalmente para proporcionar velocidades de datos de 400 Gbps a través de la integración de tecnologías avanzadas. Este estándar especifica muchas cosas, entre ellas el uso de PAM4 (modulación de amplitud de pulso) para duplicar la velocidad de datos efectiva en una señal óptica. Además de eso, incluye técnicas de transmisión de múltiples carriles, que hacen posible que la información se transmita a través de múltiples canales a la vez, aumentando así el rendimiento sin tener que cambiar mucho en la infraestructura existente.
Además, este estándar también define interfaces ópticas como QSFP-DD (Quad Small Form-factor Pluggable Double Density) y OSFP (Octal Small Form-factor Pluggable), que son necesarias para permitir conexiones de alta densidad que ahorren espacio dentro de los centros de datos y al mismo tiempo sean efectivas. lidiar con mayores cantidades de tráfico de datos. Además, IEEE 802.3bs estandariza el medio físico para Ethernet 400G, es decir, se implementan sistemas de cableado y cableado adecuados para garantizar la compatibilidad entre los equipos de diferentes proveedores, así como sus sitios de implementación. Todas estas características se combinan para crear una base sólida para futuras soluciones de red que puedan satisfacer la creciente demanda de ancho de banda en los ecosistemas digitales actuales donde la velocidad lo es todo.
¿Cómo implementar 400GbE en su red?
Seleccionar el conmutador de 400 GbE adecuado
Para garantizar la compatibilidad y el rendimiento de los conmutadores de 400 GbE en su red, hay cosas importantes que debe tener en cuenta. Comience por observar la densidad de puertos que le permitirá conectar muchos dispositivos mientras ahorra espacio dentro del centro de datos. En segundo lugar, evalúe las interfaces ópticas compatibles, como los módulos QSFP-DD u OSFP, que deben estar alineadas con los planes de actualización de infraestructura actuales y futuros.
Además, verifique las características de rendimiento del conmutador, como la latencia y el rendimiento, porque afectan directamente la cantidad de datos que puede manejar. Es posible que necesite algunas funciones, incluidos mecanismos avanzados de calidad de servicio (QoS) que prioricen el tráfico para mantener el rendimiento también durante las horas pico. Aún así, en este punto, también considere las capacidades de gestión de red, que implican soporte para redes definidas por software (SDN), así como herramientas de automatización necesarias para facilitar la ampliación de las operaciones.
Finalmente, busque las opciones de soporte del proveedor y los términos de garantía proporcionados, ya que de ellos puede depender en gran medida una asistencia técnica confiable con éxito operativo a largo plazo. Estos son algunos criterios mediante los cuales una organización puede elegir un conmutador de 400 GbE que satisfaga sus necesidades mientras se prepara para futuros desafíos en el entorno de redes.
Consejos de mantenimiento y gestión
Para garantizar el funcionamiento y el control eficientes de una red de 400 GbE, se deben seguir ciertas pautas. Lo primero y más importante es el monitoreo continuo del desempeño de la red; Esto se puede hacer mediante el empleo de herramientas para monitorear el desempeño de la red, lo que ayuda a detectar cuellos de botella o anomalías en tiempo real, permitiendo así una intervención oportuna. Igualmente importante es la actualización periódica del firmware en todos los dispositivos conectados a las redes, ya que estas actualizaciones vienen con parches de seguridad y mejoras de rendimiento que pueden corregir errores, tapar lagunas y mejorar la eficiencia.
Además, es recomendable crear un plan de mantenimiento activo donde se realicen inspecciones frecuentes y se prueben los cables ópticos junto con sus conexiones para evitar que se conviertan en problemas mayores en el futuro. Además de esto, es necesario documentar todo lo relacionado con los ajustes de configuración realizados dentro de las redes, incluidos los cambios realizados a lo largo del tiempo, junto con las topologías físicas utilizadas, porque esto será de gran ayuda durante la resolución de problemas, especialmente cuando se trabaja en entornos complicados.
Por último, la capacitación del personal debe realizarse sobre la base de características y funciones específicas de la tecnología de 400 GbE para que se puedan obtener los máximos retornos de las inversiones en infraestructura y al mismo tiempo equipar a cada miembro con las habilidades necesarias para una gestión eficaz de redes de gran capacidad en las organizaciones. En conclusión, al seguir estos pasos, las empresas tendrán redes Ethernet de 400 Gb confiables y de alto rendimiento que podrán mantenerse al día con sus demandas cambiantes.
¿Cuáles son los desarrollos futuros en Ethernet 400G?
Redes de centros de datos de próxima generación
Para satisfacer las necesidades de cargas de trabajo de datos más grandes, las redes de centros de datos de próxima generación exigen un mayor ancho de banda, una menor latencia y una mejor eficiencia de la red. Entre otras cosas, esto se está haciendo a través de tecnologías como Ethernet 400G, que permite una mayor capacidad y rendimiento para manejar cantidades masivas de información producida por dispositivos de IA (Inteligencia Artificial), computación en la nube y IoT (Internet de las cosas). Además, las redes definidas por software (SDN), junto con la virtualización de funciones de red (NFV), entre otras innovaciones, permiten flexibilidad y escalabilidad, facilitando así una gestión simplificada a través de la asignación dinámica de recursos cuando sea necesario dentro de estos centros de procesamiento de datos. Con las tecnologías ópticas avanzadas convirtiéndose en parte integrante de estos centros, junto con los sistemas de automatización impulsados por IA, se volverán más resilientes operativamente y al mismo tiempo reducirán los costos operativos, satisfaciendo así las necesidades comerciales actuales.
Soluciones y tendencias emergentes de 400G
Los nuevos conceptos en Ethernet 400G tienen como objetivo aumentar el rendimiento y simplificar las arquitecturas de red. Tienen que ver con el uso de ópticas coherentes que mejoren la integridad de la señal en largas distancias, entre otras cosas. Otra cosa es integrar técnicas de multiplexación más avanzadas para maximizar la eficiencia del ancho de banda. Las redes de fibra óptica centralizadas y distribuidas también se están generalizando, lo que permite implementaciones de mayor densidad necesarias para la escalabilidad de los centros de datos. Los avances logrados en la tecnología fotónica de silicio han ayudado a reducir los gastos y el consumo de energía y, al mismo tiempo, han aumentado las velocidades de transmisión de datos. En general, estos cambios hacen posible que las empresas utilicen Ethernet 400G de manera efectiva, lo que garantiza que estén preparadas para futuros requisitos de ancho de banda.
Fuentes de referencia
Preguntas Frecuentes (FAQ)
P: ¿Qué es Ethernet de 400 GbE?
R: El término '400GbE' es la abreviatura de 400 Gigabit Ethernet, un tipo de tecnología de red de alta velocidad diseñada para admitir velocidades de transmisión de datos de hasta 400 gigabits por segundo. Aumenta significativamente el ancho de banda, así como las capacidades de enrutamiento y velocidad de datos para dispositivos de red.
P: ¿Cómo mejora Ethernet 400GbE los centros de datos?
R: Ethernet de 400 GbE puede optimizar el rendimiento y la eficiencia del centro de datos al satisfacer la necesidad de más anchos de banda y conectividad más rápida. Dispositivos como este conmutador Ethernet abierto de 1U, por ejemplo, simplifican la gestión de la red y al mismo tiempo aumentan el rendimiento de la información.
P: ¿Qué es un transceptor y por qué es esencial para 400 GbE?
R: Un transceptor es un dispositivo que transmite o recibe señales a través de cualquier tipo de red. En relación con 400GbE, los transceptores ópticos desempeñan un papel vital en la conversión de señales eléctricas en ondas de luz, que luego pueden enviarse a largas distancias a velocidades extremadamente altas.
P: ¿Cuáles son los beneficios de utilizar un conmutador Ethernet abierto con Cumulus Linux?
R: Cuando utiliza un conmutador Ethernet abierto con Cumulus Linux, la administración de su red se vuelve flexible, automatizada y programable. Los usuarios tienen la capacidad de personalizar sus conmutadores para que funcionen mejor para ellos, optimizando operaciones como las que se encuentran en el conmutador Ethernet abierto de NVIDIA Networking, mejorando así la eficiencia en entornos donde hay muchas computadoras intentando hablar a la vez a través de conexiones muy rápidas (comúnmente conocidos como “centros de datos”).
P: ¿Cómo encaja la modulación de amplitud en la tecnología Ethernet de 400 GbE?
R: La modulación de amplitud nos permite codificar información en señales portadoras utilizadas en diferentes sistemas, incluidas, entre otras, estaciones de transmisión de televisión; aquí, tomamos una señal (generalmente una onda de radio simple) y otra (una forma de onda de audio más compleja). Este método nos ayuda a lograr el rendimiento de mayor velocidad requerido por los sistemas de 400 Gb/s; También es más eficiente que otros métodos conocidos hasta ahora porque, con este, se obtienen ondas portadoras de alta frecuencia más juntas.
P: En Ethernet de 400 GbE, ¿cuál es la función de Spectrum-3?
R: Spectrum-3 es un chipset de conmutación que se encuentra en dispositivos de red de alto rendimiento como el conmutador Ethernet abierto Spectrum-3 400GbE 1U. Ofrece enrutamiento avanzado, conectividad a gran escala y compatibilidad con velocidades de datos más altas, que son necesarias para las redes 400GbE modernas.
P: ¿Pueden las redes existentes de 100 Gbps incorporar Ethernet de 400 GbE?
R: Sí, la compatibilidad con redes anteriores de 100 Gbps es una de las características de Ethernet de 400 GbE. Esto permite que las infraestructuras se actualicen gradualmente para admitir más ancho de banda sin reemplazar todo el hardware a la vez. También se puede crear una ruta de actualización intermedia utilizando Ethernet 200G, que utiliza transceptores de 200 gigabits.
P: ¿Qué desafíos conlleva la implementación de Ethernet de 400 GbE?
R: Algunas de las dificultades que se enfrentan al implementar esta tecnología incluyen un mayor consumo de energía, una mayor disipación de calor y la necesidad de transceptores ópticos más sofisticados. Además, es importante garantizar que funcione bien con los sistemas existentes y aborde los estándares de longitud de onda y espectro de la industria, lo que requiere una planificación y ejecución cuidadosas.
P: ¿Cómo contribuye el IEEE Task Force al desarrollo de Ethernet 400GbE?
R: El papel principal que desempeña el IEEE Task Force es establecer estándares o especificaciones que regulen diferentes aspectos de este tipo de Ethernet; por lo tanto, garantizan la interoperabilidad global entre varios dispositivos o plataformas utilizados en todo el mundo y la coherencia del rendimiento. Sus esfuerzos respaldan el crecimiento de la industria en su conjunto junto con la adopción generalizada de tecnologías como terabit ethernet (TB) o incluso TBS.
P: ¿Qué posibles avances futuros podrían surgir de la tecnología basada en Ethernet de 400 GbE?
R: Los posibles avances futuros resultantes de la tecnología basada en esto incluyen soluciones Ethernet de terabits, velocidades de datos más altas, algoritmos de enrutamiento más eficientes y transceptores ópticos innovadores, entre otros. Estas mejoras atenderán la creciente demanda de ancho de banda dentro de una infraestructura digital en constante cambio.