Las aplicaciones de interconexión de centros de datos se han convertido en una parte importante y de rápido crecimiento de la red. Este artículo explorará varias razones para este crecimiento, incluidos los cambios del mercado, los cambios en la arquitectura de la red y los cambios tecnológicos.
El enorme crecimiento de los datos ha promovido la construcción de parques de centros de datos, especialmente la construcción de centros de datos muy grandes. Ahora, varios edificios en un campus deben estar conectados con suficiente ancho de banda. ¿Cuánto ancho de banda se necesita para mantener el flujo de información entre los centros de datos dentro de un solo campus? Cada centro de datos puede transmitir a otros centros de datos con una capacidad de hasta 200 Tbps hoy, y necesitará un mayor ancho de banda en el futuro
¿Qué impulsa una demanda de ancho de banda tan grande entre los edificios del campus?
En primer lugar, el crecimiento exponencial del tráfico Este-Oeste es compatible con las comunicaciones de dispositivo a dispositivo. La segunda tendencia está relacionada con el uso de arquitecturas de red más planas, como redes de lomo o CLOS. El objetivo es tener una gran estructura de red en el campus, por lo que es necesario establecer una gran cantidad de conexiones entre los dispositivos.
Tradicionalmente, los centros de datos se construyen sobre una topología de tres capas que consta de conmutadores de núcleo, conmutadores de agregación y conmutadores de acceso. Aunque madura y ampliamente implementada, la arquitectura tradicional de tres niveles ya no cumple con los crecientes requisitos de carga de trabajo y latencia de los entornos de campus de centros de datos a hiperescala. En respuesta, los centros de datos muy grandes de hoy en día están migrando a una arquitectura de columna y hojas (ver Figura 2). En la arquitectura de la columna vertebral y la hoja, la red se divide en dos fases. La fase de cresta se utiliza para agregar paquetes y enrutarlos a su destino final, y la fase de la hoja se utiliza para conectar el lado del host y las conexiones equilibradas de carga.
Idealmente, cada interruptor de hoja se abanicará a cada interruptor de columna vertebral para maximizar la conexión entre los servidores, por lo que la red requiere un interruptor de núcleo de columna vertebral de alto nivel. En muchos entornos, los interruptores de columna vertebral grandes están conectados a interruptores de columna vertebral de nivel superior, a menudo denominados interruptores de columna vertebral de iones convergentes o campus, para conectar todos los edificios del campus juntos. Debido a esta estructura de red más plana y al uso de conmutadores de gama alta, esperamos que la red se vuelva más grande, más modular y más escalable.
¿Cómo proporcionar la mejor conexión de la manera más rentable?
La industria ha evaluado múltiples métodos, pero el patrón común es transmitir a una tasa más baja sobre una gran cantidad de fibras. Para alcanzar 200 Tbps utilizando este método, cada interconexión del centro de datos requiere más de 3.000 fibras. Cuando se considera la fibra necesaria para conectar cada centro de datos a cada centro de datos en un solo campus, ¡la densidad puede exceder fácilmente la fibra de 10.000 núcleos!
¿Una pregunta común es cuándo usar DWDM (transceptores de multiplexación por División de Longitud de onda densa) u otras tecnologías para aumentar el rendimiento por fibra en lugar de aumentar el número de fibras? En la actualidad, las aplicaciones de interconexión de centros de datos de hasta 10 kilómetros suelen utilizar transceptores CWDM (multiplexación por división de longitud de onda gruesa) de 1310nm, que no coinciden con la longitud de onda de transmisión de 1550nm de los sistemas DWDM. Por lo tanto, los cables de fibra óptica de alto número de núcleos se utilizan entre los centros de datos para admitir interconexiones a gran escala.
La siguiente pregunta es ¿Cuándo se reemplazará un transceptor de 1310nm con un transceptor DWDM enchufable en un conmutador de acceso agregando una unidad multiplexor? La respuesta es cuándo o si DWDM se convierte en un método rentable para interconectar centros de datos en el campus.
Para estimar la viabilidad de esta conversión, debemos mirar el precio del transceptor DWDM y compararlo con los transceptores existentes. Basado en el modelado de precios de todo el enlace, la previsión actual es que en el futuro previsible, las conexiones basadas en una arquitectura rica en fibra de 1310nm seguirán ocupando ventajas de bajo costo (consulte la Figura 3). Se ha demostrado que la alternativa PSM4 (fibra de 8 núcleos) es rentable para Aplicaciones menores de 2 kilómetros, lo que es otro factor para aumentar el número de fibras.
¿Cómo evolucionará el futuro de las redes de densidad extrema?
El factor más importante en este momento es si el número de fibras se detendrá en 3456 núcleos o si vemos que estos números serán más altos. La tendencia actual del mercado indica que el número de núcleos requeridos es incluso más que 5000 núcleos. Para mantener la escala de la infraestructura, aumentará la presión para reducir el tamaño de los cables de fibra óptica. A medida que la densidad del embalaje de fibra se ha acercado a sus límites físicos, la elección de reducir aún más el diámetro del cable de fibra óptica de una manera significativa se ha vuelto más desafiante.
Un método cada vez más popular es utilizar una fibra de recubrimiento con un tamaño reducido de los 250um habituales a 200um. Las dimensiones del núcleo y el revestimiento siguen siendo las mismas, por lo que no hay cambios en el rendimiento óptico. Sin embargo, esta reducción de tamaño puede reducir en gran medida el área total de la sección transversal del cable cuando se extiende a cientos o miles de núcleos de fibra. Esta tecnología se ha aplicado en algunos diseños de cables y es utilizada por los fabricantes para cables de tubos sueltos en miniatura.
Otro problema importante es la mejor manera de proporcionar interconexiones del centro de datos para conectar ubicaciones que están más lejos y no configuradas en el mismo campus físico. En un entorno de campus de centro de datos típico, La longitud típica de interconexión del centro de datos no supera los 2 kilómetros. Estas distancias relativamente cortas permiten que un cable de fibra óptica proporcione conectividad sin puntos de fusión. Sin embargo, como los centros de datos también se están desplegando alrededor de las grandes ciudades para reducir la latencia, las distancias están aumentando y pueden acercarse a los 75 kilómetros. El uso de diseños de cables de extrema densidad en estas aplicaciones reduce los presupuestos porque es más caro conectar una gran cantidad de fibras a largas distancias. En estos casos, se seguirán prefiriendo sistemas DWDM más tradicionales, que funcionan a velocidades de 40G y más altas utilizando menos fibras.
Podemos esperar que a medida que los propietarios de redes se preparen para el próximo lanzamiento de productos de 5G con uso intensivo de fibra, la demanda de cables de fibra óptica de densidad extrema migrará del entorno del centro de datos al mercado de acceso. Sin abrumar las tuberías existentes y el entorno interno del edificio, el desarrollo de productos que puedan escalar efectivamente a la cantidad requerida de fibras ópticas seguirá siendo un desafío de la industria.
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