Fibre Channel - The Need for Speed with OM3/OM4 Optical Connectivity

Los centros de datos corporativos se han centrado tradicionalmente en el almacenamiento de datos y la preparación para la recuperación ante desastres, pero no siempre satisfacen el flujo y reflujo de la demanda de recuperación de datos multiusuario en tiempo real. En el mercado digital en evolución actual, hay más usuarios y más datos. Este crecimiento ejerce presión sobre los centros de datos para facilitar transmisiones de datos más rápidas para un número cada vez mayor de usuarios de Internet en todo el mundo. Frente al big data, las operaciones del centro de datos están pasando del almacenamiento al análisis y procesamiento de datos en tiempo real según la demanda. 

Hoy en día, las organizaciones están recurriendo a blockchain, un sistema que actúa como guardián de registros digitales, utilizando múltiples centros de datos protegidos en todo el mundo para verificar los cambios en los conjuntos de datos. El blockchain reforzará la necesidad de contar con infraestructuras seguras basadas en redes para los centros de datos. Según la firma de investigación Research and Markets, se espera que el mercado de blockchain salte de US$ 1,2 mil millones en 2018 a US$ 23 mil millones en 2023, en parte debido al desarrollo de aplicaciones y servicios dirigidos a empresas fuera de los roles tradicionales de finanzas y transacciones. Los centros de datos deben adaptarse a las nuevas estrategias comerciales.

Para allanar el camino para tecnologías como esta, los grandes centros de datos están evolucionando sus infraestructuras digitales, impulsados por el rápido crecimiento de la computación en la nube. Muchas empresas, incluidos los gigantes de Internet, están aumentando las inversiones en centros de datos, tanto a nivel nacional como en el extranjero, para asegurarse de que estén preparadas para la próxima generación de servicios en la nube. Pero necesitan la infraestructura adecuada para garantizar la transmisión rápida y sin problemas de datos, voz y vídeo a un número cada vez mayor de usuarios. No solo eso, necesitan una forma segura de rastrear datos confidenciales. Por estas razones, muchos centros de datos están pasando de las arquitecturas de red en árbol de 3 niveles actuales a una arquitectura de red spine-leaf, que puede adaptarse a los sistemas blockchain y las crecientes demandas de procesamiento de datos. Pero, ¿qué conlleva este cambio?

A diferencia de la empresa tradicional, donde el tráfico del centro de datos está dominado por las interacciones cliente-servidor locales (de norte a sur), el tráfico de red del gran centro de datos de Internet está dominado por el tráfico de servidor a servidor (de este a oeste), requerido para aplicaciones de computación en la nube. El número de usuarios que acceden a los datos a través de aplicaciones no solo es enorme. También tienen demandas diversas y fragmentadas y exigen una experiencia de usuario ininterrumpida. Los centros de datos de Internet requieren un mayor ancho de banda y una arquitectura de red mucho más eficiente para resistir los picos de tráfico de su gran número de usuarios. Estos picos en el tráfico de datos pueden deberse a cualquier cosa, desde videollamadas, demanda de música y vídeos en línea, juegos, compras, eventos de noticias y muchos más.

La arquitectura de red en árbol de 3 niveles predominante actual se basa en el modelo de transmisión tradicional norte-sur. Cuando un servidor necesita comunicarse con otro servidor en un segmento de red diferente, debe pasar por la ruta de la capa de acceso -> capa de agregación -> capa de núcleo <- capa de agregación <- capa de acceso. En un servicio de big data con miles de servidores que se comunican en un entorno de computación en la nube, este modelo no es efectivo, ya que consume una gran cantidad de ancho de banda del sistema y crea problemas de latencia.

Para abordar estos desafíos, los centros de datos de Internet más grandes del mundo están adoptando cada vez más una arquitectura de red spine-leaf, que es más eficaz para transferir datos entre servidores (de este a oeste).  Ver figura 1.

Esta arquitectura de red consta principalmente de dos partes: una capa de conmutación spine y una capa de conmutación leaf. Su característica más útil es que cada switch leaf está conectado a cada switch spine en un pod, lo que mejora en gran medida la eficiencia de la comunicación y reduce la demora entre servidores. Además, una arquitectura de red spine-leaf de 2 niveles evita la necesidad de costosos dispositivos de conmutación de capa de núcleo y facilita la adición gradual de switches y dispositivos de red para expansión según las necesidades comerciales, ahorrando en los costos de inversión iniciales.

Los administradores de centros de datos se encuentran con nuevos problemas al implementar un centro de datos con una arquitectura spine-leaf de 2 niveles. Dado que se requiere un switch leaf para conectar cada switch spine, administrar una gran cantidad de cableado se convierte en un gran desafío. El módulo mesh de interconexión de Corning (Tabla 1) resuelve este problema.

Muchos usuarios han comenzado a utilizar placas de línea de switch 40G de alta densidad para formar parte de aplicaciones 10G. De hecho, según los proveedores de transceptores, más del 50% de todas las implementaciones multimodo 40G aprovechan esta capacidad. Por ejemplo, una placa de línea SFP+ 10G de alta densidad tiene 48 puertos 10G, mientras que una placa QSFP+ 40G de alta densidad puede tener 36 puertos 40G. Por lo tanto, una placa de línea de 40G se puede utilizar para obtener 4x36 = 144 puertos de 10G en el mismo espacio de cableado y condiciones de consumo de energía, reduciendo así el costo y el consumo de energía del 10G de puerto único. Estos ahorros de costos también se pueden apreciar a medida que las velocidades aumentan a 100G, y vimos anuncios a fines de 2018 de que 400G comenzará a comercializarse este año, ambos con la capacidad de entrar en conexiones de servidor de baja velocidad.

Con fines de la simplicidad, nos quedaremos con el ejemplo de división de 40G. La Figura 2 muestra tres aplicaciones típicas de los módulos mesh en el sistema de cableado. Cuatro canales 40G QSFP (A, B, C, D) se dividen en canales 10G 4x4 en la entrada MTP del módulo mesh. Luego, los canales 10G se mezclan dentro del módulo mesh, de modo que los cuatro canales 10G asociados con el transceptor QSFP A se dividen en las cuatro salidas MTP. El resultado es que los cuatro transceptores SFP conectados a una salida MTP reciben un canal 10G de cada uno de los transceptores QSFP A, B, C y D. Por lo tanto, logramos una conexión mesh 10G completamente entrelazada entre los puertos del switch spine QSFP y los puertos del switch leaf, sin tener que interrumpir las conexiones LC en el área de distribución principal (del inglés MDA).

El siguiente ejemplo describe cómo optimizar la estructura de cableado de una spine-leaf en el MDA. Por ejemplo, utilizamos un switch leaf con una placa de línea de puerto 48 x SFP+ 10G y un switch spine con placas de línea de puerto 4x36 QSFP+ 40G. Si un switch leaf tiene una tasa de sobredemanda de 3:1, se deberán conectar 16 puertos uplink 10G en cada switch leaf a 16 switches spine. Dado que el puerto 40G del switch spine se utiliza como cuatro puertos de 10G, cada switch spine debe conectar 4x36x4 = 576 switches leaf, como se muestra en la Figura 3.

Si se utiliza cableado tradicional para obtener una trama mesh completa de los switches spine y leaf, un puerto QSFP+ 40G en cada switch spine se divide en 4 canales 10G a través de un módulo MTP-a-LC en el MDA y luego se conecta transversalmente a través de un cable de conexión con el número correspondiente de módulos MTP-a-LC que se conectan a los canales 10G del switch leaf (como se muestra en el lado izquierdo de la Figura 4). El método tradicional no se usó mucho porque el sistema de cableado es muy complejo, el costo es relativamente alto y requiere mucho espacio de rack en MDA. En este escenario, el uso de un módulo mesh puede ser una buena solución para resolver estos problemas. Como se muestra en el gráfico del lado derecho de la Figura 4, en el caso de un módulo de red utilizado en MDA, la malla completa de los switches leaf se obtiene sin la necesidad de dividir el puerto 40G del switch spine en canales 10G a través de un módulo MTP-a-LC. Esto mejora enormemente la estructura de cableado del MDA, eliminando grandes campos de patch LC a LC, y puede ser de gran valor para el usuario, como se muestra en la Tabla 2.

Una vez que se cuenta con la infraestructura adecuada para soportar la creciente cantidad de tráfico de datos, los centros de datos pueden proteger mejor esos datos. Los blockchains se han convertido en soluciones populares a través de ejemplos recientes, como Bitcoin y Ethereum, pero no se limitan al sector financiero.  La tecnología es una especie de registro externo. Su método criptográfico puede distribuir datos a través de múltiples computadoras, lo que dificulta su pirateo.

Una de las principales características de blockchain es su tendencia hacia una “comunidad compartida”, donde los usuarios privados pueden alquilar el espacio extra en sus discos duros para que otros usuarios almacenen datos. Sin embargo, esto no elimina el potencial de interés comercial. Los centros de datos que implementan la tecnología pueden proporcionar a los clientes un método de almacenamiento aún más seguro para la información confidencial.

Las infraestructuras de red del centro de datos están experimentando importantes transformaciones para satisfacer la creciente demanda continua de tráfico de datos y la necesidad de almacenar de forma segura información confidencial. Al mismo tiempo, deben admitir el Internet de las cosas, las redes 5G y miles de millones de nuevos dispositivos, mientras continúan brindando la velocidad y la escala crecientes necesarias para esta interconexión.

Los centros de datos están cambiando, no solo a nivel arquitectónico, sino también a nivel físico. Cada vez hay más conexiones multifibra que proporcionan conexiones de alta densidad. La interfaz 10G ya no es suficiente para soportar las demandas de ancho de banda del centro de datos.

A medida que aumentan los requisitos de ancho de banda de la red para el centro de datos, el backbone de la red del centro de datos se ha actualizado gradualmente de 10G a 40G, y las implementaciones de 100G se han convertido en la norma. Utilizando actualmente 40G dividido en 4 x 10G, o 100G como 4 x 25G, la arquitectura de red spine-leaf proporcionará una estructura de red económica y eficiente para administrar una gran distribución de datos. El uso del módulo mesh para lograr una trama mesh completa de la red spine-leaf es compatible con la red actual de 40G o 100G, lo que garantiza la transición perfecta a las futuras capacidades de red de 400G a medida que aumenta la demanda de los usuarios.