400G

Tester la 400G avec VIAVI :

Polyvalentes et automatisées, les solutions de test de la 400G de VIAVI peuvent s’utiliser dans un large éventail de secteurs. Elles sont notamment utiles aux développeurs de puces et de transpondeurs, aux fabricants d’équipements pour réseaux, aux fournisseurs de service Internet et aux opérateurs de datacenters Hyperscale. Les solutions de test de VIAVI sont soigneusement conçues pour permettre une transition fluide de la phase de conception à celles de la vérification, de la surveillance et de l’assurance après déploiement.

Grâce à des connaissances et à une expérience inégalées en matière de tests de transport optique, VIAVI s’est assuré une position unique dans le secteur. L’entreprise collabore ainsi avec des concepteurs et comités de premier ordre pour élaborer des stratégies relatives à l’ensemble du cycle de vie des réseaux 400G. Notre engagement inébranlable en faveur de l’innovation et de l’interopérabilité a donné naissance à une suite de solutions de test de transport optique avancées, conçues pour optimiser les performances de la 400G du laboratoire jusque sur le terrain.   

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Qu’est-ce que la 400G ?

La 400G est une norme importante pour les interfaces client Ethernet à haute capacité. Connue à l’origine sous la dénomination IEEE 802.3bs, la norme 400G a été officiellement approuvée en décembre 2017 et fait partie d’un ensemble plus large de technologies apparentées telles que l’Ethernet 200G, 100G nouvelle génération et 50G. 
La 400G a favorisé le développement et l’adoption rapides de nouveaux modules et commutateurs optiques enfichables. Parfois nommée Ethernet 400GE ou 400G, cette norme inclut la correction d’erreurs sans voie de retour (Forward Error Correction, FEC) qui permet d’améliorer la fiabilité des données. L’adoption d’éléments de réseaux 400G continue de s’accélérer, à mesure que les opérateurs réseau et les fournisseurs de services récoltent les bénéfices d’une bande passante améliorée et plus efficace.

Quelle est la vitesse de la 400G ?

Le terme « amélioration exponentielle » est un peu exagérément utilisé, mais dans le cas de la 400G, il convient parfaitement.

• L’expression Gigabit Ethernet, qui fait référence à une connexion Ethernet capable de transférer du trafic à un débit de 1 gigabit par seconde (Gbit/s), est apparue en 1999.
• L’expression Terabit Ethernet est utilisée pour décrire une trame de commutateur capable de gérer de multiples ports à des vitesses de 100 Gbit/s et plus. Le « True Terabit » correspond à un taux de transfert d’un milliard de bits par seconde.
• Un débit de 400 Gbit/s représente une multiplication par 400 des performances de transfert de l’Ethernet 1 gigabit lors du passage au 21e siècle. Pour mieux illustrer son importance, précisons que cette amélioration représenterait approximativement la différence de vitesse entre une tortue géante des Galapagos et un guépard lancé à pleine vitesse.
• L’Ethernet 400G est si rapide qu’il surpasse même les capacités de la modulation binaire laser on/off conventionnelle.
• La modulation PAM-4  a été développée pour compenser cela en utilisant quatre niveaux d’amplitude au lieu de deux pour doubler le débit général. Mais, étant donné que l’écart entre les niveaux de signal est désormais beaucoup plus réduit, la modulation PAM-4 est également plus sujette au bruit. 
• La transition vers la 400G ne se limite pas à de nouveaux ports Ethernet et à des avancées en matière de modulation. Ce changement de paradigme exige des ajustements dans l’ensemble de l’écosystème des réseaux pour apporter flexibilité et évolutivité au déploiement de bande passante de façon tout à fait nouvelle et particulière.  

Tests de la 400G

Avant l’Ethernet 100G, tester les réseaux optiques des clients était une tâche beaucoup plus simple. Les taux d’erreur de bits (Bit error rates, BER) pouvaient être quantifiés pour chaque canal, avec « zéro » erreur, sur une période prédéfinie souvent utilisée comme critère de réussite/échec. Avec le remplacement du code NRZ (non-return to zero) par la modulation PAM-4 et la FEC, les tests et la validation de la 400G sont devenus beaucoup plus complexes. L’augmentation de la bande passante, à elle seule, a considérablement relevé le niveau des tests. 

Défis
Les débits plus élevés et l’utilisation des modulations FEC et PAM-4 apportent d’incroyables améliorations en matière de débit, mais ils peuvent aussi favoriser l’apparition de certains problèmes inhérents aux tests de la 400G.

• La modulation PAM-4 ajoute de la complexité au niveau de la couche physique. Les liens 400G présentent systématiquement des erreurs. C’est pourquoi la quantification des erreurs ou les tests basés sur l’absence d’erreurs ne suffisent plus.
• L’augmentation des débits et l’utilisation de la technologie FEC signifient que certains des modules aux taux d’erreurs bruts les plus élevés fonctionneront sans erreur après la FEC, et d’autres non. Une compréhension plus sophistiquée de la distribution des erreurs et des statistiques est nécessaire pour déterminer les schémas d’erreur acceptables ou non, et pour identifier les véritables causes profondes.
• La logique de la FEC est complexe et vaste. Sa validation logique et sa performance de puissance dynamique doivent toutes deux être testées.
• Les modules optiques à connecteur enfichable QSFP-DD (Quad Small Form Pluggable Double Density) pour 400G sont une merveille de complexité, avec des lasers et pilotes intégrés, ainsi que des photodiodes et des microcontrôleurs hautement performants intégrés dans un facteur de forme très réduit. Ces éléments supplémentaires exigent des stratégies capables de tester la 400G et de valider ces composants individuellement, mais aussi dans le contexte d’une structure de réseau générale.
• La complexité de l’Ethernet 400G fait qu’il est essentiel de contrôler le coût des équipements de test et les durées des cycles de test. Des outils de test de la 400G en avance sur la courbe technologique peuvent permettre d’atténuer ces difficultés en fournissant des options clé en main capables de prendre en charge la transition vers la 400G et d’accélérer le délai de mise sur le marché des nouveaux produits.  

Outils de test de la 400G

L’évolutivité, la flexibilité et la possibilité de mise à niveau font partie des caractéristiques essentielles de la solution de test de la 400G efficace proposée par VIAVI : le module Ethernet ONT 800G. Cette plateforme de test polyvalente, multiprotocoles, multiports et basée sur la dernière norme 400G/200G (IEEE 802.3bs) garantit une génération de trafic Ethernet de classe 400G tout en offrant une alarme Ethernet avancée et des tests d’erreur. Le calcul de temps hautement précis du Test Packet Format de VIAVI assure une vérification de la performance Ethernet efficace et une validation accélérée.

Le module ONT 400G CFP8 de VIAVI améliore la flexibilité en prenant en charge tous les facteurs de forme optique 400G. Le premier produit de test de la 400G du marché offre des fonctionnalités d’analyse d’erreurs avancées, ainsi qu’un port de test QSFP-DD. La capacité de programmation sur le terrain exige que les mises à jour soient facilitées pour suivre l’évolution des normes. Le module ONT 400G inclut également la prise en charge des modulations FEC et PAM-4. Cette solution de test est une plateforme idéale pour la conception, le développement et la validation des composants et systèmes des réseaux haut débit de nouvelle génération.

Réseaux 400G

Le multiplexage en longueur d’onde dense (Dense Wavelength Division Multiplexing, ou DWDM) a considérablement augmenté la bande passante de la fibre optique. Avec cette méthode, un canal optique unique peut transmettre des données à une vitesse de 400 Gbit/seconde ou davantage. Avec un réseau uniquement aussi fort (ou aussi rapide) que son maillon le plus faible, l’Ethernet 400G comble désormais l’écart de bande passante entre les routeurs principaux et l’équipement DWDM.

Une interface Ethernet 400G permet d’atteindre la pleine capacité des éléments du réseau avec la densité correcte, pour un débit fluide et sans entrave. Les pièces standard spécifiques à une application (application-specific standard parts, ou ASSP) des commutateurs modernes, comme la gamme Broadcom Tomahawk, peuvent transmettre plus de 12 térabits de trafic avec un seul circuit intégré. Les interfaces 400G font correspondre cette énorme capacité de bande passante avec une densité de bande passante de touche.

• FlexE
  Flex Ethernet (FlexE) est une norme d’interface client publiée pour la première fois par l’Optical Internetworking Forum (OIF) en 2016. Comme son nom l’indique, l’objectif est de créer une norme suffisamment flexible pour faciliter la connectivité entre Ethernet et l’interface physique (le serveur) en introduisant une cale dans les couches MAC et PCS. Cela permet la prise en charge de divers débits MAC, indépendamment de l’interface physique.
  FlexE offre un moyen de relier de multiples liens. Par exemple, la 400G peut être transmise sous forme de canal individuel, via 2 liens 200G ou via 4 liens 100G. Les multiples modules de test de la plateforme ONT permettent de tester le trafic généré par FlexE à des débits de ligne de 400G et de sous-ligne.

• FlexO
  Les normes ITU-T G.709 et G.709.1 pour réseaux de transport optique (Optical Transport Networks, ou OTN) proposent des recommandations en matière d’interfaces et de débits de lignes pour les éléments de réseaux optiques connectés via des liens de fibre optique. OTN B100G est une extension de cette norme dédiée aux débits de données supérieurs à 100 Gbit/s.

ITU-T a utilisé les concepts clés de la norme IEEE 802.3 et de l’Optical Internetworking Forum (OIF) afin de déterminer comment les mêmes modules enfichables peuvent être utilisés sur les interfaces OTN. C’est ce que l’on appelle couramment Flexible ONT, ou « FlexO », ou encore « trafic FlexEthernet », un mécanisme fournissant une structure OTN pour réseaux 400GE et au-delà.

Qui est concerné par la 400G ?

L’efficacité obtenue via la mise en œuvre de la 400G va se propager au sein de l’écosystème des réseaux haut débit. Cela concerne notamment les fabricants de puces et de modules, les entreprises d’équipements et services de test, les grands conglomérats d’Internet et les fournisseurs de services de télécommunications, lesquels dépendent de ces améliorations pour répondre à une demande insatiable.

• Les Hyperscalers offrant des services de cloud tireront parti de la 400G afin de répondre aux besoins croissants de leurs datacenters en matière de densité.
• Les fournisseurs de télécommunications doivent pouvoir suivre le rythme imposé par une base d’utilisateurs ultra connectés à leurs propres vastes datacenters.
• Les développeurs de modules optiques bénéficient ainsi de la demande de produits plus polyvalents et compacts.
• Ces acteurs à grande échelle orientent désormais la tendance vers la 400G à un rythme de plus en plus soutenu afin de répondre aux exigences des serveurs en matière de débit.
• L’avènement de la 400G permet aux réseaux de répondre aux attentes en matière de haut débit et de performance fluide.
• Les révolutions propres à la 5G telles que le streaming vidéo à haut débit, les jeux de réalité virtuelle et l’Internet des objets (IdO) ne sont que quelques-unes des applications qui bénéficieront des réseaux 400GE.

100G et plus

La compatibilité entre les modules 100G et 400G peut simplifier les tests et les mises à niveau tout en offrant un bon intérêt commercial. Les premières solutions Ethernet 100G ont été introduites en 2010, avec une lente montée en puissance qui s'est poursuivie jusqu'en 2016. Au cours des années qui ont suivi, l'adoption de la 400G a progressé sur une trajectoire pluriannuelle à mesure que des composants et des solutions étaient commercialisés.

• Les réductions des coûts et les améliorations dans la conception des modules 100G ont entraîné l’apparition de technologies rétrocompatibles. Les composants optiques enfichables avancés développés pour la 100G rendent l’Ethernet 400G encore plus efficace.
• Le QSFP28, un module émetteur-récepteur à facteur de forme enfichable à chaud, à quatre canaux, compact et capable de transférer 28G par canal, a permis de rendre la 100G populaire à partir de 2017.
• Le QSFP-DD est un nouveau type de module émetteur-récepteur optique comparable à un QSFP standard, mais doté d’une rangée supplémentaire de contacts permettant l’utilisation d’une interface électrique avec deux fois plus de canaux. Le QSFP-DD permet un débit de 6,4 To/s sur une carte système hôte d’une unité de rack capable de prendre en charge la 400GE tout en offrant deux fois la densité de ports 100G du QSFP28.
• Les modules OSFP (optical small form factor pluggable) répondent aux exigences de puissance de la 400G et incluent un dissipateur thermique intégré pour répondre aux exigences thermiques. Contrairement au QSFP-DD, les ports OSFP exigent des adaptateurs spéciaux pour la rétrocompatibilité avec la 100G QSFP.
• Les fournisseurs de contenu Internet Hyperscale continuent de se focaliser sur la technologie 800GE de nouvelle génération. Bien que le QSFP-DD soit rétrocompatible avec la 100G, sa conception matérielle offre un potentiel de croissance moindre en ce qui concerne la prise en charge des plus hauts débits. Comme l’OSFP est compatible avec le 800GE, les géants du secteur continuent de s’intéresser à cette stratégie de module, même si l’infrastructure de support n’est pas encore disponible. 
• La technologie de pointe développée dans l’optique de la 400G, y compris les modulations PAM4 et KP4 FEC, peut aussi être utilisée pour augmenter la densité et réduire les coûts de la 100G. À mesure que ces technologies évoluent, les offres de produits 100G devraient exploiter pleinement les opportunités d’amélioration engendrées par le développement de la 400G.

Au-delà de la bande passante

Les immenses améliorations du débit de la 400G constituent une formidable avancée en matière de performance Ethernet. Pourtant, l’augmentation de la vitesse et de la bande passante ne représentent qu’une partie de l’équation. Non seulement la 400G offre plus de bande passante, mais elle fournit également la bonne bande passante à la bonne densité. Les améliorations générales en termes de fiabilité, d'évolutivité et d'efficacité énergétique ont fait de la 400G une technologie viable pour notre écosystème de réseau en évolution rapide.

Les demandes en matière de cloud computing et celles des fournisseurs de télécommunications continuent à pousser les serveurs de datacenter jusque dans leurs derniers retranchements. L’élimination de l’engorgement qui affectait précédemment l’Ethernet a un énorme impact sur l’ensemble de l’écosystème de réseau. Les innovations telles que la PAM4 ont rendu possible cette amélioration, tout en introduisant un nouvel ensemble d’obstacles qui affectent les pratiques de test et de validation de la 400G. Pour continuer à relever ces défis, il faut orienter le passage à une nouvelle ère en matière de performance réseau.