L'économie des ports breakouts | Corning

L'économie des ports breakouts

L'économie des ports breakouts

Par David Bjerke et Nilson Gabela
Publié dans "The Data Center Journal" | 2018

Les déploiements de plus en plus courants de ports breakout stimulent une forte demande en transceivers optiques parallèles. Aujourd'hui, le port breakout est souvent utilisé pour faire fonctionner des transceivers optiques parallèles 40G/100G comme quatre liaisons 10G/25G. Les ports parallèles servent de multiples applications comme la création de réseaux à grande échelle et celle de réseaux 10/25G haute densité. C'est cette seconde conception de réseau que nous envivageons dans cet article.

L'indice Cisco Visual Networking Index a prédit que le trafic du protocole Internet (IP) augmenterait à un taux de croissance annuel (CAGR) de 22% de 2015 à 2020, tiré par une croissance explosive des équipements mobiles. Toutes ces données se traduisent par une croissance dans les Data Centers d'entreprises et cloud. Cette croissance explique pourquoi les Data Centers sont souvent les premiers à adopter les vitesses de réseau les plus rapides et recherchent constamment des solutions qui préservent l'espace en rack et au sol. Il y a quelques années à peine, une révolution de densité s'est produite dans le monde du câblage structuré, doublant la densité du matériel optique passif en passant à 288 ports fibre de connecteurs LC ou MTP dans un boîtier 4U. Cette augmentation s'est maintenant reportée du côté des switchs où le déploiement d'une configuration de ports breakout peut aller jusqu'à tripler la capacité de port d'une carte switch dans un réseau 10G ou 25G.

Pour comprendre le fonctionnement des déploiements de ports breakouts, nous devons d'abord comprendre les transceivers que le réseau utilise. Le transceiver haute densité dominant 1 Gbps (1G) et 10G est le module SFP +  ou " small form-factor pluggable ". Avec l'augmentation de la vitesse à 40G, le quadruple  SFP (QSFP) est devenu le module haute densité de référence. Dans les applications 40G parallèles, quatre 10G cuivre se trouvent à l'arrière du transceiver QSFP et quatre optiques 10G envoient la lumière à l'avant sur huit fibres. Cette conception permet à un transceiver 40G de fonctionner comme quatre liaisons 10G uniques ou une seule liaison 40G.

Le premier avantage, et le plus évident, de l'exécution d'un réseau 10G sur des ports parallèles est la densité qui peut être réalisée sur une seule carte de switch. Les cartes SFP + haute densité sont généralement livrées avec un maximum de 48 ports. Aujourd'hui cependant vous pouvez acheter un module QSFP haute densité avec 36 ports. S'il fonctionne en mode breakout, chacun des ports 40G peut fonctionner comme quatre ports 10G, triplant la capacité à 144x10G ports. Les figures 3 et 4 montrent cette configuration.

Comme mentionné précédemment, une carte QSFP à 36 ports 40G en mode port breakout prend en charge un total de 144x10G liaisons, chaque port 40G agissant comme liaisons 4x10G. Pour prendre en charge ce même nombre de liaisons 10G avec des transceivers SFP + traditionnels, des cartes SFP + 3x48 ports seraient nécessaires, comme le montre la figure 5. Cet effet croît avec les besoins en capacité de ports 10G. Pour chaque châssis entièrement composés de modules 40G fonctionnant en mode de port breakout 10G, trois châssis seraient nécessaires si le réseau était construit avec des cartes 10G SFP + traditionnelles à 48 ports. En déployant des cartes 40G, l'espace occupé dans le Data Center diminue considérablement.

En plus des économies d'espace, essentielles dans le Data Center, des économies de capex et  opex deviennent possibles. Envisageons d'abord les économies de capex en examinant les coûts de déploiement d'un réseau 10G avec des cartes haute densité SFP + standard et le coût de déploiement d'un réseau 10G à l'aide de cartes QSFP haute densité.

Nous avons évalué un scénario avec un châssis à huit emplacements entièrement équipé de cartes QSFP à 36 ports. Les cartes étaient équipées de transceivers optiques parallèles 40G fonctionnant en mode breakout pour un nombre total de ports de 1 152 x 10 ports. Pour atteindre la capacité de port 10G équivalente avec des cartes SFP + 10G, il faut un total de trois châssis à huit emplacements avec des cartes à 48 ports. La comparaison des coûts comprend le coût du châssis, des cartes et transceivers associés, en utilisant une liste de prix standard pour tous les composants. Le coût du châssis illustré à la figure 6 comprend les blocs d'alimentation, les plateaux de ventilation, les superviseurs, le contrôleur système et les modules requis. Comme le nombre de châssis nécessaire pour prendre en charge la densité de ports 10G augmente lors de l'utilisation de transceivers SFP +, ces composants supplémentaires augmentent également. En conséquence, l'étude montre que, par port, le déploiement de ports 10G uniques coûte près de 85% de plus que le déploiement de ports 40G en mode breakout pour les applications multimodes. Les figures 6 et 7 montrent les résultats sous forme graphique et tabulaire, respectivement.

Maintenant, évaluons les avantages pour les coûts d'exploitation (Opex).  Pour commencer, la plupart des fabricants de châssis et de cartes switch 40G et 10G ont des besoins en électricité similaires. Une réduction d'environ 67% de la puissance et du refroidissement requis provient de la réduction des deux tiers du nombre de châssis et de cartes en plus des économies d'espace évoquées ci-dessus. Et comme avantage supplémentaire, nous pouvons économiser l'énergie supplémentaire requise pour faire fonctionner les transceivers. Les données de la figure 8 montrent une économie d'énergie de plus de 60% pour le transceiver lors du déploiement de configurations breakout multimode.

En plus des avantages en termes d'économie d'espace et de coût, vous pouvez bénéficier d'un avantage supplémentaire lorsque vous augmentez les vitesses de votre réseau d'une architecture 10G (ou 25G) haute densité à un réseau 40G (ou 100G). Au fur et à mesure que le réseau passe de 10G (ou 25G) au 40G natif (ou 100G), les optiques et cartes  40/100G existantes fonctionnant en mode dbreakout peuvent continuer à gérer les liaisons 40/100G natives. Cette approche permet deux générations de vitesse avec des switchs, des cartes et des transceivers optiques parallèles associés.

Étant donné que les transceivers optiques parallèles fonctionnent sur huit fibres, il est important de réfléchir à la façon de concevoir le câblage structuré du Data Center. Les conceptions recommandées incluent des solutions qui utilisent la connectivité MTP de base 8 pour l'infrastructure optique afin d'optimiser l'utilisation de la fibre et le mappage des ports. Comme le montrent les figures 9a, 9b et 9c, le déploiement de la connectivité avec une interface de connecteur MTP à huit fibres permet à une solution simple et optimisée de se diviser en quatre ports LC duplex pour le raccordement aux ports d'équipement 10G.

Figure 9a. Port breakout using an eight-fiber harness.
Figure 9b. Port breakout using an eight-fiber module.
Figure 9c. Port breakout with a cross-connect, using an eight-fiber port-breakout module.

Les figures 9a et 9b représentent des conceptions de câblage structuré dans lesquelles un backbone de câblage dédié est installé entre l'équipement avec des ports 40/100G et 10/25G. La figure 9a est utile lorsque les quatre ports 10/25G sont colocalisés dans une seule unité d'équipement, tandis que la disposition de la figure 9b convient lorsque les patch cord du câblage structuré doivent atteindre différents ports d'équipement dans une armoire. La figure 9c, cependant, offre la plus grande flexibilité pour le câblage structuré du Data Center en divisant les ports 40G (MTP) en ports LC duplex à un lieu d'interconnexion. En utilisant une implémentation d'interconnexion dans une zone de raccordement centrale, tout port de dérivation 10/25G du switch 40/100G peut être patché sur tout équipement nécessitant une liaison 10/25G.

Tous les chiffres cités dans cet article, ainsi que les avantages supplémentaires des architectures spine-leaf non détailés ici expliquent la popularité des transceivers optiques parallèles pour les réseaux 10G et 25G haute densité. Bien que nous nous concentrions sur les réseaux Ethernet dans le Data Centre, la même approche fonctionne dans les réseaux (SAN) Fibre Channel. Les cartes SAN sont disponibles avec des transceivers QSFP optiques parallèles fonctionnant en 4x16GFC, permettant des structures SAN 16GFC haute densité.  Ethernet et Fibre Channel ont des choix optiques parallèles à huit fibres pour toutes les vitesses existantes sur leurs roadmaps, y compris 400G et au-delà. Lors de l'évaluation des options de déploiement 10G ou 25G, envisagez les ports breakout parallèles en raison des avantages réseau et économiques qu'ils offrent.

À propos des auteurs:

Jennifer Cline est Responsable de la gamme de produits des systèmes Plug & Play pour Corning, où elle gère les solutions Data Centers MTP. Elle a précédemment occupé des postes dans les services d'ingénierie, de marketing, le service commercial et le développement de marchés. Jennifer est membre du BICSI et détient les certifications CDD et CDCDP. Elle a obtenu un baccalauréat ès sciences en génie mécanique de la North Carolina State University.

David Hessong est actuellement Responsable du développement du marché mondial des Data Centers pour Corning. Au cours de sa carrière au sein de l'entreprise, il a occupé des postes dans les services d'ingénierie, la gestion des gammes de produits et le développement des marchés. David a publié de nombreux articles sur l'industrie et a contribué à plusieurs actes de conférences techniques. Il a enseigné des cours et des séminaires sur les Daaa Centers et la conception de systèmes aux États-Unis et au Canada. David a obtenu un baccalauréat ès sciences en génie chimique de la North Carolina State University et une maîtrise en administration des affaires de la Kelly School of Business de l'Université de l'Indiana.

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