CommScope Technical Newsletter: Septiembre 2018 – Infraestructura de fibra óptica para enlaces de alta velocidad en Centros de Datos
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El objetivo de la presente comunicación es el de informar, con una frecuencia mensual, acerca
de las últimas novedades tecnológicas que guardan relación con el mundo ICT.
INFRAESTRUCTURA DE FIBRA ÓPTICA PARA ENLACES DE ALTA VELOCIDAD EN
CENTROS DE DATOS
Introducción
La tecnología continúa transformando nuestra vida comercial y personal, donde estamos cada vez más
conectados y exigimos tiempos de respuesta más rápidos a cualquier solicitud de información realizada
en cualquier momento. Suministrar datos a cada conexión hasta nuestros hogares, soportar todas las
aplicaciones que ejecutamos en nuestros dispositivos móviles (3G, 4G, 5G), intercambiar todos los
correos electrónicos y facilitar toda la navegación de internet que hacemos, así como cada vez más
también la comunicación de aplicaciones de IA (Inteligencia Artificial) y el Internet de las Cosas está
soportado por y almacenado en, el Centro de Datos.
Para mantenerse al día con esta creciente demanda, la velocidad de la red y la capacidad del Centro de
Datos deben aumentar continuamente, y las conexiones entre switches, servidores y almacenamiento
también habrán de crecer exponencialmente en los próximos años.
Topologías de red del Centro de Datos
Las redes del Centro de Datos empresarial se diseñaron tradicionalmente con tres capas para una mejor
estabilidad y crecimiento. Como se ve en la Figura 1, la capa de acceso conecta la red a servidores y
almacenamiento mientras que la capa de agregación combina el tráfico de los switches de acceso y se
conecta a la capa central que gestiona el enrutamiento del tráfico del Centro de Datos. Esta topología
es ideal para administrar el tráfico que generalmente migra de los servidores a los clientes fuera del
Centro de Datos en una dirección “Norte – Sur”.
CommScope Technical Newsletter Septiembre 2018
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Access Layer (Switches)
Aggregation Layer
(Switches)
Core Layer (Routers)
3 Level Topology
No
rth
- S
ou
th
Servers and Compute
NICs)
Figura 1: Topología de 3 niveles
A medida que las aplicaciones tradicionales se reemplazan por aplicaciones “en la nube” orientadas al
servicio, los patrones de tráfico en el Centro de Datos se mueven de “Norte – Sur” a,
predominantemente, “Este – Oeste”. Las aplicaciones son compatibles con varios servidores, cada uno
de los cuales contribuye a estos servicios en la nube. Esto requiere un nuevo diseño de red para
garantizar que la comunicación entre los servidores sea la prioridad, garantizando una comunicación
rápida y confiable desde cualquier servidor a cualquier otro servidor. La nueva topología reduce la
cantidad de conexiones entre los servidores y aumenta el número de rutas disponibles para el tráfico
“Este – Oeste”. La red resultante (en la figura de abajo) ahora tiene 2 niveles y se la conoce como una
red Leaf – Spine.
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Figura 2: Topología de 2 niveles, Leaf-Spine
Mayor capacidad significa enlaces de mayor velocidad
La baja latencia y la alta capacidad se logran asegurando que se elimine la congestión en la red. Igualar
la capacidad de la red a la capacidad del servidor, significa que ningún tráfico tiene que esperar el
acceso a la red. A medida que los enlaces ascendentes del servidor migran a conexiones de mayor
velocidad, como 10G, 25G y 50G, los enlaces de conmutación entre switches también deben migrar a
una velocidad mayor. La siguiente figura muestra una evolución en la velocidad de estos enlaces de
servidor y los enlaces entre switches.
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Figura 3: Topología de 2 niveles, Leaf-Spine y evolución de los enlaces de Uplink
Migración a altas velocidades: ¿Multimodo o monomodo?
Actualmente, los transceptores ópticos de alta velocidad diseñados con láser de bajo costo (Láseres de
Emisión de Superficie de Cavidad Vertical o VCSEL) alcanzan velocidades de 100 Gbps con diseños y
estándares emergentes para soportar 400 Gbps en el futuro. La fibra óptica multimodo y los VCSEL
proporcionan un menor costo para los enlaces de red en comparación con los enlaces ópticos
implementados en fibra monomodo que requieren transceptores láser más costosos. La tecnología
multimodo ha sido la opción preferida para las redes de Centros de Datos empresariales, debido a que
proporciona el costo total más bajo del sistema para la gran mayoría de las aplicaciones del Centro de
Datos y en las distancias requeridas.
Recientemente, los operadores de Centros de Datos Hyperscale han recurrido a la tecnología
monomodo para soportar las largas distancias que requiere el tamaño de sus Centros de Datos. Si bien
el costo de los transceptores monomodo es mayor, el gasto adicional es necesario para alcanzar la
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distancia máxima requerida. Los Centros de Datos Hyperscale, sin embargo, presentan un caso
excepcional que no refleja los requisitos y las opciones óptimas para Centro de Datos empresariales y
Multi Tenant. La siguiente figura indica que se espera que el porcentaje de ópticas multimodo
implementadas aumente ligeramente en el periodo pronosticado hasta 2020.
Figura 4: Enlaces MM versus SM dentro de los Centros de Datos
El gráfico muestra el aumento de la óptica monomodo impulsada principalmente por los Centros de
Datos Hyperscale. Recientemente, la óptica MMF (multimodo) ha logrado alcanzar el rendimiento y
cerrar la brecha de distancia que ofrece 100G a distancias de 400 m sobre un solo par de fibra con un
costo de enlace más bajo en comparación con el equivalente sobre SMF (monomodo). Se espera que el
impacto de estas nuevas ópticas MMF de alta velocidad impulse un mayor uso de MMF a partir de 2020
y más allá.
¿Dúplex o paralelo?
La evolución de las velocidades Ethernet y Fiber Channel más allá de 10G dentro de los plazos que
espera el mercado, requiere el trabajo en conjunto de una multitud de enfoques para ofrecer
velocidades más altas. Se puede implementar una modulación más eficiente, múltiples líneas de
transmisión, múltiples fibras y/o multiplexación para aumentar el rendimiento y la capacidad extremo a
extremo. Una técnica relativamente simple para alcanzar mayores velocidades es el uso de múltiples
carriles en paralelo sobre múltiples fibras, por ejemplo, cuatro fibras en cada dirección para soportar
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40G, y diez fibras en cada dirección para soportar 100G. Los conectores MPO que admiten múltiples
pares de fibras son perfectos para estas aplicaciones.
Figura 5: Transmisión en paralelo usando conectividad MPO
Los estándares como 40GBASE-SR4, 100GBASE-SR10, 100GBASE-SR4 o 400GBASE-SR16 utilizan esta
tecnología de transmisión, agregando múltiples enlaces basados en 10G o 25G por canal para alcanzar
la velocidad requerida. Incluso los protocolos monomodo recientes como 100G-PSM4 también usan la
misma tecnología paralela. Obviamente, la necesidad de más fibras ópticas hace que el despliegue sea
más caro, pero los transceptores ópticos en paralelo se pueden desarrollar con relativa rapidez para
llegar al mercado más rápido con aplicaciones de mayor velocidad.
La llegada de la multiplexación por división de longitud de onda corta (SWDM) sobre fibras multimodo
ha permitido la migración a 40G o 100G sin el uso de fibras paralelas. En cambio, múltiples longitudes
de onda se combinan en la misma fibra. Ahora se logran velocidades más altas utilizando solo dos
fibras o un enlace dúplex único, para nuevas implementaciones de infraestructura o para la reutilización
de la planta de cable existente, significativamente menos costosa y más eficiente.
El primer ejemplo que apareció en el mercado fue el Cisco 40G-BiDi, que utiliza una longitud de onda
por dirección por fibra. Hoy hay otros como 100G-BiDi, 40G-SWDM4 y 100G-SWDM4. Estas tecnologías
han sido adoptadas por muchos usuarios y ofrecen costos mucho más bajos en comparación con las
opciones MMF o SMF paralelas.
Figura 6: Tecnología SWDM y ancho de banda OM5
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La tecnología SWDM actualmente usa cuatro longitudes de onda (850nm, 880nm, 910nm, 940nm)
operando en la primera ventana en fibras multimodo. Por esta razón, diferentes comités internacionales
de estandarización de fibra óptica, como TIA o IEC, comenzaron a trabajar para estandarizar un nuevo
tipo de fibra óptica que admitiría las longitudes de onda adicionales. En junio de 2016, TIA TR-42
estandarizó la fibra TIA-492AAAE, también conocida como fibra multimodo de banda ancha (WideBand
Multimode Fiber - WBMMF) u OM5. OM5 ya aparece como una alternativa para el despliegue de
enlaces de fibra óptica en Centros de Datos en regulaciones tales como EIA/TIA 942-B o ISO/IEC 11801-
5.
La investigación ha demostrado que los transceptores monomodo siguen siendo más caros en
comparación con los transceptores multimodo. Como se muestra en la Figura 7, la comparación de los
transceptores 100GBASE-SR4 a 100GSWDM4 muestra un aumento en el costo de aproximadamente el
20%. Asimismo, cuando el costo total de un enlace incluye la fibra de conexión, la alternativa SWDM
puede ofrecer una ventaja de costo significativa.
Figura 7: Costo relativo de transceptores de fibra a 100G
El costo total del enlace incluye tanto la parte pasiva (cables de fibra, paneles y latiguillos) como la parte
activa (transceptores). A medida que aumenta la longitud del enlace, los costos pasivos aumentan y se
convierten en una parte importante del costo total del enlace. La siguiente imagen muestra la
comparación general del costo del enlace, utilizando precios promedio de mercado para transceptores
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y conectividad pasiva de fibra óptica para implementar enlaces 100G usando 100GBASE-SR4 como
referencia.
Figura 8: Comparación de costos entre SR4 y otras alternativas para 100G
IEEE 802.3 - MMF de próxima generación (NGMMF)
En noviembre de 2017, el IEEE formó el grupo de trabajo NGMMF para explorar las posibilidades de
continuar utilizando fibras multimodo a altas velocidades. Muchos expertos de la industria
contribuyeron a este grupo de trabajo. Incluso un gran proveedor de Cloud como Google, ayudó a
establecer un objetivo para proporcionar soporte para 400G-SR8 (8 enlaces dúplex multimodo).
En paralelo, ISO/IEC JTC1 SC25 WG3 ha comenzado a trabajar en un informe técnico que sirve como
guía para la migración a alta velocidad de canales que utilizan fibras multimodo.
Recientemente, en julio de 2018, se anunció el 400G SR4.2 MSA (Acuerdo de múltiples fuentes),
liderado por un grupo de empresa de redes, incluido Cisco (https://www.400gbidi-msa.org/).
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El IEEE también adoptó una línea de base para el estándar 400G SR 4.2: el estándar IEEE y el MSA
apuntan al mismo resultado, la óptica 400G MMF. Cisco había comenzado un grupo de MSA para
protegerse contra la eventualidad de que el IEEE adoptara una línea de base co-di (Co-directional) para
su estándar. Con la adopción de la línea base bi-di (Bi-directional), el MSA podría no ser
particularmente necesario. Si bien es probable que el MSA termine primero, el IEEE debería tener la
versión 1.0 finalizada el cuarto trimestre de este año. El MSA no proporciona el mismo nivel de detalle
que los estándares IEEE y es probable que los fabricantes del transceptor funcionen según las
especificaciones IEEE.
Ambos protocolos, MSA e IEEE 400G SR4.2, aprovechan el bajo costo de la fibra MM e incluyen 2
longitudes de onda en cada fibra, siendo necesario utilizar 8 fibras por enlace, con tecnología SWDM,
por lo que OM5 está presente en el estándar MSA e IEEE. Este es un impulso significativo para OM5 con
Cisco e incluso otros fabricantes de fibra óptica que respaldan estas iniciativas. OM5 ahora está
validado hasta 150m versus los 100m de OM4.
Figura 9: Esquema de transmisión de 400G SR4.2
Conclusión
Hay dos alternativas de fibra óptica para la transmisión a alta velocidad requerida en los Centros de
Datos actuales y futuros, a saber, las fibras multimodo y monomodo. Tradicionalmente, las fibras
multimodo se han usado más ampliamente que las monomodo en este entorno, dado el menor costo
total de propiedad. A medida que se introducen las nuevas tecnologías MMF, esta relación parece
continuar a través de 100G y 400G.
La aparición de nuevas fibras ópticas multimodo, como OM5, acompañada de nuevas tecnologías de
transmisión como SWDM reducirá el costo efectivo para el despliegue de enlaces de mayor velocidad
en los Centros de Datos. El grupo de trabajo IEEE 802.3 NGMMF ya está trabajando en objetivos
multimodo de hasta 400 Gbps.
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Las fibras ópticas multimodo han estado y continuarán estando muy presentes en los Centros de
Datos, y es preciso dedicar el tiempo necesario para explorar y conocer los diferentes tipos de fibras
multimodo (OM3, OM4, OM5), las diferentes tecnologías de transmisión (Dúplex y SWDM) y sus costos,
así como las distancias máximas permitidas para cada alternativa. De esta forma, los responsables de las
infraestructuras tendrán la certeza de que su elección está en línea con sus necesidades actuales y
futuras, al menor costo posible.
La siguiente figura da una idea de las distancias máximas alcanzadas por las alternativas discutidas
anteriormente, a diferentes velocidades.
Figura 10: Distancias máximas para 40G/100G dependiendo del tipo de fibra y protocolo
Recursos y enlaces útiles
- Calculadoras y herramientas:
o Fiber Performance Calculator: Calcular con rapidez y precisión las pérdidas de canal de una
manera innovadora y determinar las aplicaciones soportadas por la configuración. Es posible
registrar el resultado y enviarlo por correo electrónico.
o Copper Performance Specifications Document: Incluye todas las prestaciones actualizadas de
las soluciones de cobre de Systimax para las aplicaciones más comunes (datos, voz, video,
etc.). Es posible filtrar las aplicaciones de uso frecuente y crear un documento propio con
especificaciones personalizadas.
o Fiber Performance Specifications Document: Incluye todas las prestaciones actualizadas de
las soluciones de fibra de Systimax subdivididas por aplicaciones (Ethernet, Fibre Channel,
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Infiniband, etc.). Es posible filtrar las aplicaciones de uso frecuente y crear un documento
propio con especificaciones personalizadas.
o Pathways and Space Calculator: Esta herramienta web ofrece una forma sencilla de calcular
el número de cables que pueden colocarse en una canalización dado un porcentaje de
ocupación.
o CommScope Blog: CommScope proporciona la infraestructura esencial que permite a las
personas conectarse y comunicarse sin problemas dónde, cuándo y cómo lo requieran.
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- eBooks: Nuestros expertos tienen el placer de presentar una serie de libros electrónicos sobre los
fundamentos de la industria de las telecomunicaciones, disponibles para su descarga gratuita.
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- Webinars: Los seminarios web de CommScope están diseñados para compartir la más reciente
información sobre temas específicos del mercado. Se puede seleccionar un área específica de
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- Indicar los temas de interés particular que desee que se traten en el próximo newsletter,
Puede ponerse en contacto conmigo a través del siguiente correo: [email protected].
TECNOLOGY WITH INTEGRITY Maximiliano Hiller
Field Application Engineer | CommScope
commscope.com
