400Gb/s – jeszcze szybsza transmisja łączy światłowodowych

Czy twoje okablowanie światłowodowe i urządzenia pomiarowe są gotowe na Ethernet 400G?

Postępy napędzane przez dużych dostawców wielkoskalowych usług serwerowych oraz centrów danych w chmurze, doprowadziły do opracowania szybkości transmisji nowej generacji. Już teraz dostępne są opcje wprowadzanego za pomocą medium światłowodowego jednomodowego i wielomodowego Ethernetu 400G, oraz jeszcze szybsze protokoły są na horyzoncie. To jeszcze nie wszystko, co więcej wielcy gracze, tacy jak Google, Facebook lub Microsoft nieprzerwanie pracują nad innowacjami pozwalającymi na wspieranie aplikacji 800 G otaz 1,6 Terabajt. Dlatego IEEE opracowuje założenia klasyfikujące standardy 400G Ethernet.

Choć większość centrów danych w przedsiębiorstwach nie wdrożyła jeszcze sieci 400Gb Ethernet, najwięksi gracze już stosują te nowe prędkości w połączeniach między przełącznikami. Prędkości te trafiają również do sieci długodystansowych dostawców usług. Ethernet 400 Gb/s jest idealną technologią do zastosowań 4X100 Gb/s i 8X50 Gb/s w łączach między serwerami, jednak nieprędko zaobserwujemy jej przyjęcie na poziomie przedsiębiorstw. W rzeczywistości, prognoza Dell’Oro Group na 2020 rok przewiduje, że dostawy przełączników o portach 400 Gig zwiększą się dla dostawców usług chmurowych warstwy 2 i 3 w 2022 roku, a duże centra danych przedsiębiorstw pójdą w ich ślady w 2023 i 2024 roku.

Dobrą wiadomością jest to, że istniejące okablowanie światłowodowe i technologie łączności będą obsługiwać 400 Gigabit Ethernet i więcej, co oznacza, że sprzęt do testowania światłowodów również będzie obsługiwał te prędkości. Istnieją jednak pewne zastrzeżenia. Przyjrzyjmy się im bliżej.

Dostępne opcje technologii 400G

Wraz z rozwojem technologii sygnalizacji czteropoziomowej modulacji amplitudy impulsów (PAM4), która umożliwia transmisję z szybkością 50 i 100 gigabitów na sekundę (Gb/s) na pasmo, a także technologii SWDM (short-wave division multiplexing), która umożliwia transmisję na wielu długościach fal w światłowodach wielomodowych, pojawiło się kilka realnych opcji dla równoległych zastosowań optycznych (tj. wielowłóknowych) i opartych na technologii WDM dla sieci 400 Gig, jak pokazano w poniższej tabeli.

Należy zauważyć, że podobnie jak 100GBASE-SR4, aplikacja 400GBASE-SR16 wykorzystuje poprzednią technologię sygnalizacji non-return-to-zero (NRZ) z szybkością pasma 25 Gb/s. Wraz z pojawieniem się PAM4 i koniecznością stosowania drogich 32-włóknowych złączy MPO, których dostępność na rynku jest ograniczona, a także brakiem obsługi transceiverów, większość ekspertów branżowych nie widzi możliwości realizacji tego zastosowania. W przypadku aplikacji SWDM 400GBASE-SR4.2, która transmituje 50 Gb/s za pomocą dwóch długości fal na każdym włóknie, technologie równoległego przesyłu optycznego i SWDM łączą się ze sobą.

Należy również zauważyć, że w oparciu o technologię PAM4 100 Gb/s na pasmo, IEEE pracuje również nad opracowaniem standardu 802.3db, który będzie obejmował 400GBASE-SR4, 4-pasmową, 8-włóknową aplikację wielomodowej optyki równoległej. Oczekuje się, że standard ten zostanie wydany w połowie 2022 roku, a ponieważ jest obsługiwany przez istniejące połączenia MPO-8/MPO-12 używane w 40/100GBASE-SR4, a zatem oferuje łatwiejszą migrację do standardu 400 Gig, prawdopodobnie zyska przewagę nad aplikacją 400GBASE-SR8.

Uwagi i wskazówki dotyczące testowania sieci 400G Ethernet

Podczas gdy większe centra danych w chmurze, które wymagają większej długości łącza i/lub chcą wykorzystać istniejącą łączność dupleksową, będą wdrażać 400GBASE-FR4 oparte na technologii WDM, aby sięgać do 2 km, 400GBASE-SR4 i 400GBASE-DR4 wydają się mieć największe szanse na zdobycie popularności w środowisku centrów danych, ponieważ odległości powyżej 500 metrów nie są zazwyczaj wymagane. Co więcej, bardziej złożona technologia transceiverów WDM jest droższa niż prostsze transceivery z optyką równoległą. Na szczęście aplikacje 400GBASE-SR4 i DR4 8-włóknowe wykorzystują te same złącza wielowłóknowe typu push-on (MPO), które były używane w poprzednich zastosowaniach optyki równoległej, takich jak 40GBASE-SR i 100GBASE-SR. Testowanie systemów opartych na złączach MPO jest dobrze ugruntowane założeniami przy użyciu urządzeń testowych, takich jak miernik mocy optycznej MultiFiber™ Pro firmy Fluke Networks. Dzięki interfejsowi MPO, MultiFiber Pro mierzy tłumienność wtrąceniową i sprawdza poprawność polaryzacji na wszystkich 8 włóknach, eliminując potrzebę stosowania przewodów rozprowadzających/wysuwanych. Ale jeśli chodzi o 400 Gig, istnieją dodatkowe uwagi.

Ze względu na wyższy stosunek sygnału do szumu w sygnalizacji PAM4, istnieje większe obawy wokół odbić, które mogą jeszcze bardziej pogorszyć wydajność. Końcówka złącza APC posiada funkcję 8-stopniowego kąta, który powoduje, że odbite światło jest pochłaniane przez okładzinę. Podczas testowania złączy APC należy upewnić się, że tester jest w stanie je obsłużyć. Fluke Networks FiberInspector Ultra oferuje zarówno końcówki UPC, jak i APC do inspekcji złączy MPO i pojedynczych włókien.

Reflektancja jest również kluczową kwestią w aplikacjach z krótkodystansowym, jednomodowym światłowodem 400GBASE-DR4. Ponieważ tanie transceivery używane w aplikacjach jednomodowych o krótkim zasięgu nie tolerują odbić, IEEE określiło limity strat w oparciu o liczbę i współczynnik odbicia połączeń. Należy pamiętać, że podczas gdy specjalistyczny Optical Loss Test Set (OLTS) może mierzyć odbicia, większość mierzy straty powrotne, które są liczbą dodatnią. OTDR mierzy reflektancję, która jest liczbą ujemną i wartość określona przez normy IEEE. Ponieważ reflektancja ma duży wpływ na działanie każdej aplikacji 400 Gig, okablowanie należy testować przy użyciu pomiarów zarówno  OLTS i OTDR.

Opracowano na podstawie materiałów Fluke Networks