Interconexão entre data centers: segmento em alta

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A Interconexão de Data Centers veio atender o enorme crescimento no armazenamento de dados, impulsionando a construção de data centers de hiperescala. Agora, vários prédios em um campus devem estar todos conectados com largura de banda adequada.

Qual é a largura de banda ideal? Hoje a capacidade de transferência entre data centers em um campus pode chegar até 200 Tbps, com possibilidade de transferências maiores para atender a necessidades futuras.

Para manter o tráfego de informações entre os data centers em um único campus, cada data center deverá estar transmitindo para outros data centers com capacidades de até 200 Tbps hoje, com larguras de banda maiores necessárias para o futuro.

Capacidade de transferência entre data centers em um campus pode chegar até 200 Tbps

Layout conceitual do campus. Os requisitos e distâncias da DCI são exclusivos. As demandas de largura de banda podem chegar de 100 Tbps até 200 Tbps.

 

         O que está impulsionando a necessidade dessa enorme quantidade de largura de banda entre os prédios de um campus?

Isso pode ser explicado por tendências crescentes que se abrem em duas frentes:

  1. O crescimento exponencial do tráfego Leste-Oeste está sendo reforçado pela comunicação máquina a máquina.
  2. Adoção de arquiteturas de rede mais planas, como as redes leaf-and-spine ou Clos. O objetivo é ter uma grande malha de rede no campus, exigindo alta conectividade entre as instalações.

Tradicionalmente, um data center era arquitetado usando a topologia de três camadas, que consistia em roteadores principais, roteadores de agregação e switches de acesso. A arquitetura de 3 camadas apesar de ser a mais implantada, não atende mais as crescentes demandas de carga de trabalho e latência dos ambientes em hiperescala.

Os data center em hiperescala estão migrando para para a arquitetura “leaf-and-spine”.

 

Interconexão entre data centers: A arquitetura Leaf-and-spine e o switch high radix requerem interconexões maciças na malha do data center.

A arquitetura Leaf-and-spine e o switch high radix requerem interconexões maciças na malha do data center.

No leaf-and-spine, a rede é dividida em duas etapas.

  • O estágio de spine (espinha) é usado para agregar e rotear pacotes para o destino final;
  • O estágio de leaf (folha) é usado para conectar hosts finais e conexões de balanceamento de carga em toda a espinha.

Idealmente, cada switch de leaf (folha) distribui para cada switch de espinha para maximizar a conectividade entre os servidores e, consequentemente, a rede requer switches de espinha/núcleo de alta raiz. Em muitos ambientes, os comutadores de coluna grandes são conectados a um comutador de coluna de nível superior, geralmente chamado de campus ou coluna de íons agregados, para unir todos os prédios do campus. Como resultado dessa arquitetura de rede mais plana e da adoção de switches high-radix, é esperado ver a rede ficando maior, mais modular e mais escalável.

 

Transceptores DWDM plugáveis ​​vs. 100G CWDM4

Interconexão entre data centers: abordagens de conectividade DCI

Qual é a melhor e mais econômica tecnologia para fornecer essa quantidade de largura de banda entre edifícios em um campus de data center?

Várias abordagens foram avaliadas para fornecer taxas de transmissão nesse nível, mas o modelo predominante é transmitir taxas mais baixas em muitas fibras. Para atingir 200 Tbps usando esse método, são necessárias mais de 3.000 fibras para cada interconexão de data center. Quando consideramos as fibras necessárias para conexão entre data centers em um único campus, as densidades podem facilmente ultrapassar 10.000 fibras.

Quando faz sentido usar DWDM ou outras tecnologias para aumentar a taxa de transferência em cada fibra versus aumentar constantemente o número de fibras?

Atualmente, os aplicativos de interconexão de data centers de até 10 km geralmente usam transceptores de 1310nm que não correspondem aos comprimentos de onda de transmissão de 1550nm dos sistemas DWDM. Assim, as interconexões massivas são suportadas pelo uso de cabos de alta contagem de fibras entre os data centers.

A próxima questão é: Quando substituir os transceptores de 1310nm por transceptores DWDM conectáveis ​​nos switches de borda adicionando uma unidade mux/demux?

A resposta é: quando ou se o DWDM se tornar uma abordagem viável para esses links de interconexão de data center no campus. Quando isso acontecer, a mesma largura de banda será alcançada usando transceptores DWDM associados a cabos de contagem de fibra muito menor.

Para chegar a uma estimativa para essa transição, é preciso analisar o preço do transceptor DWDM e comparar com os transceptores tradicionais. Com base na modelagem de preços para todo o link, a previsão atual é que as conexões baseadas em arquiteturas de 1310nm ricas em fibra continuarão a ser mais baratas no futuro próximo. Uma alternativa PSM4 (8 fibras) provou ser econômica para aplicações com menos de 2 km, outro fator que aumenta a contagem de fibras.

Práticas recomendadas para a escolha de cabos

Estabelecida a necessidade de redes de densidade extrema, é importante entender as melhores maneiras de construí-las. Essas redes apresentam novos desafios em cabeamento e hardware. Por exemplo, usar cabos de tubos soltos e emendas de fibra única não é escalável ou viável. Na instalação de um cabo de fibra 1728 usando um design de tubo solto, o tempo de emenda será superior a 100 horas, assumindo quatro minutos por emenda. Se você usar uma configuração de cabo plano, o tempo de emenda cai para menos de 20 horas. Embora 20 horas ainda seja um tempo substancial para emendar uma conexão, ela apresenta uma enorme economia de tempo em relação aos tipos de cabos de fibra única.

Os projetos de cabos tradicionais, por sua vez, apresentam desafios significativos quando instalados em dutos de 2 ou 4 polegadas comumente usados. Novos projetos de cabos e fitas chegaram ao mercado que basicamente dobraram a capacidade de fibra na mesma área de seção transversal. Esses produtos geralmente se enquadram em duas abordagens de design:

  1. uma abordagem usa fita de matriz padrão com subunidades mais compactas;
  2. outra abordagem usa designs de cabo padrão com um design de núcleo central ou ranhurado com fitas de design de rede frouxamente ligadas que podem dobrar umas sobre as outras (consulte abaixo).
Diferentes designs de cabos planos para aplicações de densidade extrema

Diferentes designs de cabos planos para aplicações de densidade extrema

 

Aproveitar os designs de cabos mais modernos permite uma concentração de fibra muito maior no mesmo espaço do duto. A Figura 5 ilustra como o uso de diferentes combinações de novos cabos de estilo de densidade extrema permite que os proprietários de rede atinjam as densidades de fibra que as interconexões de data center de nível de hiperescala exigem.

Usando projetos de cabos de extrema densidade para dobrar a capacidade da fibra no mesmo espaço do duto

Usando projetos de cabos de extrema densidade para dobrar a capacidade da fibra no mesmo espaço do duto.

 

Aproveitando os novos designs de cabos ribbon, os proprietários de rede precisam considerar as opções de hardware e conectividade que podem lidar e dimensionar adequadamente com esse número de fibras muito altos. É muito fácil sobrecarregar o hardware existente, e há várias áreas-chave a serem consideradas à medida que você desenvolve uma rede completa.

Quantos cabos internos da planta serão necessários para conectar a um cabo externo da planta de 1728 a 3456 fibras?

No caso de cabos ribbon de 288 fibras no ambiente interno da planta, o hardware deve ser capaz de acomodar adequadamente de 12 a 14 cabos. O hardware também terá que gerenciar 288 emendas de ribbon separadas. Usar qualquer tipo de cabo de fibra única e um método de emenda de fibra única nesta aplicação não viável ou aconselhável devido quantidade de tempo de preparação e  o difícil gerenciamento de fibra.

Outra área que pode ser desafiadora é identificar os cabos de fibra óptica para garantir a emenda correta. As fibras precisam ser adequadamente rotuladas e classificadas imediatamente após a abertura do cabo devido à quantidade de cabos que devem ser rastreados e roteados. Garantir que os feixes de cabo ribbon possam ser agrupados e protegidos durante o carregamento no hardware deve ser uma prioridade para evitar danos às fibras. No caso de redes com alta densidade, um erro pode ter um sério impacto na conclusão do projeto e pode custar uma semana de atraso para apenas um local.

Tendências futuras para o cabeamento

O que o futuro reserva para redes de densidade extrema? O fator mais importante agora é se as contagens de fibras vão parar em 3456, ou se veremos essas contagens subirem ainda mais. As tendências atuais do mercado sugerem que haverá requisitos para contagens além de 5.000. Para manter a infraestrutura que ainda pode ser dimensionada, haverá uma pressão crescente para reduzir o tamanho dos cabos. Com a densidade de empacotamento da fibra já se aproximando de seus limites físicos, as opções para reduzir ainda mais os diâmetros dos cabos de maneira significativa se tornam mais desafiadoras.

Uma abordagem que ganha força é usar fibras onde o tamanho do revestimento foi reduzido de uma medição típica de 250 mícrons para 200 mícrons. Os tamanhos do núcleo da fibra e do revestimento permanecem os mesmos, portanto, não há alteração no desempenho óptico. Mas essa redução no tamanho quando estendida por centenas a milhares de fibras em um cabo pode proporcionar uma redução substancial na área total da seção transversal do cabo. Essa tecnologia já foi aplicada em alguns projetos de cabos e tem sido usada para criar microcabos de tubos soltos que estão disponíveis comercialmente.

O desenvolvimento também se concentrou na melhor forma de fornecer links de interconexão de data center para locais muito mais distantes e não colocados no mesmo campus físico. Em um ambiente típico de campus de data center, os comprimentos típicos de interconexão de data center são de 2 km ou menos. Essas distâncias relativamente curtas permitem que um cabo seja usado para fornecer conectividade sem pontos de emenda. No entanto, com data centers também sendo implantados em áreas metropolitanas para reduzir os tempos de latência, as distâncias estão aumentando e podem chegar a até 75 km. O uso de um projeto de cabo de densidade extrema nessas aplicações faz menos sentido financeiro devido ao custo para conectar o alto número de fibras em uma longa distância. Nesses casos, os sistemas DWDM mais tradicionais continuarão a ser a escolha preferida, operando em menos fibras a 40G e superiores.

Podemos esperar que a demanda por cabeamento de densidade extrema migre dos ambientes de data center para os mercados de acesso à medida que os proprietários de rede se preparam para os próximos lançamentos de 5G com uso intensivo de fibra. Continuará a ser um desafio na indústria desenvolver produtos que possam ser dimensionados de forma eficaz para atingir as contagens de fibras necessárias, sem sobrecarregar os dutos existentes e os ambientes internos da fábrica.

 

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