400G

Teste de 400G com a VIAVI:

Ofertas de teste de 400G versáteis e automatizadas da VIAVI suportam um amplo range de mercados, incluindo desenvolvedores de chips e transponders, fabricantes de equipamentos de rede, provedores de serviços de internet e operadores de data center em hiperescala. As soluções de teste da VIAVI são cuidadosamente elaboradas para permitir uma transição perfeita do projeto e verificação de monitoramento e garantia pós-implantação.

Com conhecimento e experiência incomparáveis em testes de transporte óptico, a VIAVI aproveitou sua posição única no mercado para colaborar e criar estratégias com os principais designers e comitês ao longo do ciclo de vida do 400G. Uma dedicação inabalável à inovação e interoperabilidade gerou um conjunto de soluções avançadas de teste de transporte óptico projetadas para otimizar o desempenho de 400G do laboratório ao campo.   

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O que é 400G?

O 400G é um padrão importante para interfaces de cliente Ethernet de alta capacidade. Originalmente conhecido como IEEE 802.3bs, o 400G foi oficialmente aprovado em dezembro de 2017 e faz parte de uma família mais ampla de tecnologias relacionadas, incluindo 200G, 100G de próxima geração e Ethernet 50G. 
O 400G impulsionou a adoção e o desenvolvimento rápidos de novos módulos ópticos e switches conectáveis. Às vezes chamado de 400GE ou Ethernet 400G, o padrão inclui correção de erro de encaminhamento (FEC) para melhorar a confiabilidade dos dados. A adoção de elementos de rede 400G continua a acelerar à medida que as operadoras de rede e os provedores de serviços colhem os benefícios de largura de banda e eficiência aprimorados.

Qual é a velocidade do 400G?

O termo “melhoria exponencial” é usado sem muito discernimento, mas no caso do 400G, está totalmente correto.

• A Ethernet Gigabit, significando uma conexão Ethernet que pode transmitir tráfego a um rate de 1 gigabit por segundo (Gbps), foi introduzida em 1999.
• A Ethernet Terabit é usada para descrever uma malha de switch capaz de lidar com várias portas a velocidades de 100 Gbps e acima. True Terabit é um trilhão de bits por segundo.
• Em 400 Gbps, 400G representa um aumento de 400 vezes na velocidade em relação ao desempenho de Ethernet de 1 Gig, padrão na virada do século XXI. Para colocar a situação em perspectiva, a mudança relativa aproxima-se da diferença na velocidade de caminhada entre uma tartaruga de Galápagos e um guepardo em plena perseguição.
• A Ethernet 400G é tão rápida que superou até a capacidade da modulação binária convencional laser on/laser off.
• A modulação PAM-4 foi desenvolvida para compensar, utilizando quatro níveis de amplitude em vez de dois para dobrar a rate de bits geral. Como a lacuna entre os níveis de sinal agora é muito menor, a PAM-4 também é mais suscetível a ruídos. 
• A transição do 400G traz mais do que apenas novas portas Ethernet e avanços de modulação. A mudança de paradigma requer ajustes em todo o ecossistema de rede para proporcionar flexibilidade e escalabilidade na implantação de largura de banda de formas novas e exclusivas.  

Teste de 400G

Antes da Ethernet 100G, testar a óptica do cliente era uma tarefa muito mais simples. A rate de erro de bits (BER) pode ser quantificada para cada canal, com “zero” erros durante um período de tempo predefinido, frequentemente usado como critério de passa/falha. Com o não retorno a zero (NRZ) dando lugar à modulação PAM-4 e FEC, os testes e validação de 400G tornaram-se muito mais complexos. Somente o enorme crescimento da largura de banda já aumentou significativamente o nível de testes. 

Desafios
Velocidades mais altas e a utilização da modulação FEC e PAM-4 trazem melhorias incríveis em throughput, mas também podem levar a alguns dos desafios inerentes dos testes de 400G.

• A modulação PAM-4 introduz maior complexidade na camada física. Os links 400G sempre terão erros de transmissão, portanto simplesmente quantificar os erros ou testes com base em “zero” erros não é mais suficiente.
• A tecnologia FEC e o aumento da velocidade significam que alguns módulos com rates de erro bruto mais altas operarão sem erros após a FEC e outros não. Uma compreensão mais sofisticada da distribuição de erros e estatísticas é necessária para discernir padrões de erros aceitáveis de inaceitáveis e determinar as verdadeiras causas raiz.
• A lógica FEC é complexa e abrangente. Ela precisa ser testada tanto para validação lógica quanto para desempenho dinâmico de energia.
• Os módulos ópticos conectáveis QSFP-DD (Quad Small Form Pluggable Double Density) para 400G são uma maravilha de complexidade, com lasers e drivers integrados, fotodiodos de alto desempenho e microcontroladores integrados em um fator de forma muito pequeno. Tais elementos adicionais exigem estratégias capazes de testar e validar 400G desses componentes individualmente, bem como dentro do contexto da estrutura geral da rede.
• A complexidade da Ethernet 400G torna essencial controlar os custos dos equipamentos de teste e os tempos de ciclo de teste. As ferramentas de teste de 400G que se mantém na vanguarda da tecnologia podem mitigar essas preocupações, oferecendo opções prontas para apoiar a transição 400G e acelerar o tempo de lançamento de novos produtos no mercado.  

Ferramentas de teste de 400G

Escalabilidade, flexibilidade e capacidade de atualização estão entre as características essenciais de uma solução de teste 400G eficaz fornecida pelo módulo ONT 800G Ethernet da VIAVI. Esta plataforma de teste versátil, multiprotocolo e multiportas, baseada no mais recente padrão 400G/200G (IEEE 802.3bs), oferece geração de tráfego Ethernet de classe 400G, juntamente com alarmes avançados de Ethernet e testes de erro. O tempo de alta precisão do Test Packet Format da VIAVI garante verificação eficiente do desempenho de Ethernet e validação acelerada.

O módulo ONT 400G CFP8 da VIAVI melhora a flexibilidade ao suportar todos os fatores de forma óptica 400G. O primeiro produto de teste 400G do mercado inclui recursos avançados de análise de erros e um slot de teste QSFP-DD. A capacidade de programação em campo facilita as atualizações à medida que os padrões evoluem. O módulo ONT 400G também inclui suporte à modulação FEC e PAM-4. Esta solução de teste é uma plataforma ideal para o projeto, desenvolvimento e validação de componentes e sistemas de rede de alta velocidade de última geração.

Redes 400G

A multiplexação densa (dense) por divisão de comprimento de onda (DWDM) aumentou significativamente a largura de banda da fibra óptica. Usando este método, um único fibre channel pode transmitir dados a velocidades de 400 Gb/segundo ou mais. Com a rede tão forte (ou tão rápida) quanto seu link mais fraco, a Ethernet 400G preenche a lacuna de largura de banda entre os roteadores principais e o equipamento DWDM.

Uma interface Ethernet 400G garante que toda a capacidade dos elementos de rede seja atendida na densidade correta, permitindo throughput contínuo e livre. Peças padrão modernas específicas para aplicações de switch (ASSPs), como a família Broadcom Tomahawk, podem alternar mais de 12 Terabits de tráfego em um IC. As interfaces 400G alinham essa enorme capacidade de largura de banda com a densidade de largura de banda do painel frontal.

• FlexE
  Flex Ethernet (FlexE) é um padrão de interface do cliente publicado pela primeira vez pelo Optical Internetworking Forum (OIF) em 2016. Como o nome sugere, a intenção é fornecer um padrão flexível o suficiente para facilitar a conectividade entre a Ethernet e a interface física (servidor), introduzindo um “calço” por meio das camadas MAC e PCS. Isso permite o suporte de uma variedade de rates MAC, independentemente da interface física.
  FlexE fornece um meio de unir vários links. Por exemplo, o 400G pode ser fornecido como um tubo individual, dois links de 200G ou 4 links de 100G. Vários módulos de teste da plataforma ONT permitem o teste do tráfego gerado pela FlexE a rates de 400G e sublinha.

• FlexO
  Os padrões ITU-T G.709 e G.709.1 para redes de transporte óptico (OTN) oferecem interfaces e rates de linha recomendados para elementos de rede óptica conectados por meio de links de fibra óptica. OTN B100G é uma extensão deste padrão para rates de dados acima de 100 Gbps.

A ITU-T utilizou conceitos-chave da IEEE 802.3 e do Optical Internetworking Forum (OIF) para determinar como os mesmos módulos conectáveis podem ser usados para interfaces OTN. Isso é comumente chamado de Flexible ONT ou “FlexO”, um mecanismo para fornecer uma estrutura OTN para 400GE e acima, bem como tráfego FlexEthernet.

A quem interessa o 400G?

As eficiências obtidas por meio da implementação do 400G propagam-se por todo o ecossistema de rede de alta velocidade. Isso inclui fabricantes de chips e módulos, empresas de equipamentos e serviços de teste, megaempresas de internet e provedores de telecomunicações que dependem dessas melhorias para acompanhar a demanda insaciável.

• Os hiperescaladores que fornecem serviços em nuvem aproveitam o 400G para atender às necessidades de densidade de seus data centers em crescimento.
• Os provedores de telecomunicações devem acompanhar a base de usuários ultraconectados usando seus próprios data centers enormes.
• Os desenvolvedores de módulos ópticos aproveitam a demanda por ofertas de produtos mais versáteis e compactos.
• Os participantes de grande escala estão impulsionando o movimento em direção ao 400G a um rate acelerado para acompanhar os requisitos de velocidade do servidor.
• O advento do 400G permite que as redes acompanhem as expectativas de desempenho contínuo e de alta velocidade.
• Use cases inovadores do 5G, como streaming de vídeo de alta velocidade, jogos virtuais e a Internet das Coisas (IoT) são apenas alguns dos aplicações que se beneficiam da rede 400GE.

100G e além

Além de fazer sentido para os negócios, a compatibilidade entre os módulos 100G  e 400G também simplifica os testes e as atualizações. As primeiras soluções de Ethernet 100G foram introduzidas em 2010, com uma aceleração lenta continuando até 2016. Desde então, a adoção do 400G progrediu em uma trajetória de vários anos à medida que componentes e soluções se tornaram comercialmente disponíveis.

• A redução de custos e as melhorias de projeto para módulos 100G levaram a uma tecnologia compatível com versões anteriores. Componentes ópticos conectáveis avançados desenvolvidos para 100G tornam a Ethernet 400G ainda mais eficaz.
• O QSFP28, um módulo transceptor quad de fator de forma pequeno conectável capaz de transportar 28G por faixa, foi fundamental para popularizar o 100G em 2017.
• O QSFP-DD é um novo tipo de módulo transceptor óptico que funciona como um QSFP padrão, mas com uma linha adicional de contatos para permitir uma interface elétrica com duas vezes mais faixas. O QSFP-DD fornece 6,4 Tb/s em uma placa de sistema host de 1 RU para suportar 400GE enquanto fornece o dobro da densidade de porta de 100G do QSFP28.
• Os módulos OSFP  (fator de forma pequeno óptico conectáveis) suportam requisitos de energia de 400G e incluem dissipadores de calor integrados para atender às demandas térmicas. Diferentemente do QSFP-DD, as portas OSFP exigem adaptadores especiais para compatibilidade reversa com QSFP 100G.
• Os ICPs de hiperescala continuam a se concentrar na tecnologia 800GE de última geração. Embora o QSFP-DD seja compatível com 100G, seu design físico oferece menos potencial de crescimento para suportar rates de dados mais altos. Como o OSFP está habilitado para 800GE, os gigantes do mercado continuam a se apoiar nessa estratégia de módulo, mesmo antes da infraestrutura de suporte estar disponível. 
• A ciência de ponta desenvolvida com o 400G em mente, incluindo modulação PAM4 e KP4 FEC, também pode ser usada para aumentar a densidade e reduzir o custo do 100G. À medida que essas tecnologias amadurecem, espera-se que as ofertas de produtos 100G aproveitem ao máximo as oportunidades de melhoria geradas pelo desenvolvimento do 400G.

Mais do que largura de banda

A melhoria monumental da velocidade do 400G representa um salto gigantesco no desempenho da Ethernet. No entanto, o aumento da velocidade e da largura de banda são apenas parte da equação. O 400G não oferece apenas mais largura de banda, mas também a largura de banda certa na densidade certa. Melhorias gerais na confiabilidade, escalabilidade e eficiência energética tornaram o 400G uma tecnologia viável para nosso ecossistema de rede em rápida evolução.

As demandas para provedores de computação em nuvem e telecomunicações continuam a forçar os limites físicos dos servidores de data center. Eliminar a restrição que a Ethernet apresentou no passado afeta todo o cenário de rede de maneiras imensuráveis. Inovações como PAM4 tornaram essa melhoria possível, ao mesmo tempo que introduziu um novo conjunto de obstáculos para práticas de teste e validação de 400G. Continuar a enfrentar esses desafios significa marchar em direção a uma nova era de desempenho de rede.