Descubriendo el futuro: Ethernet 400G en redes modernas

La creciente necesidad de transmisión de datos ha puesto de manifiesto las deficiencias de la red global. Es aquí donde la tecnología Ethernet 400G impactará en el futuro de las redes de banda ancha. Esta versión avanzada de Ethernet permitirá velocidades de transferencia de datos más rápidas, al mismo tiempo que reducirá los tiempos de retardo y optimizará la conexión, una solución ideal para organizaciones que involucran cargas de trabajo intensivas en datos, como servicios en la nube y comercio de alta frecuencia. Este documento analizará el diseño, el historial de desarrollo, los escenarios de uso y las principales ventajas de la tecnología Ethernet 400G y su capacidad para alterar la faz de la ingeniería de redes y satisfacer las necesidades más destacadas del mundo digital.

¿Qué es Ethernet 400G y por qué es importante?

Los crecientes requisitos de ancho de banda en las redes de datos se abordan con la introducción de Ethernet 400G como el siguiente paso en la tecnología Ethernet. Esta tecnología, que permite una velocidad de transmisión de datos con una capacidad de hasta 400 gigabits, satisface la creciente demanda de transmisión de datos impuesta por las tecnologías 5G, computación en la nube e inteligencia artificial. El rendimiento de los centros de datos y los servicios de red depende en gran medida de la promoción de Ethernet 400G, ya que reduce la latencia de la red y aumenta la eficiencia de las redes, lo que a su vez proporciona el ancho de banda necesario para aplicaciones avanzadas y de área amplia. La cantidad de tráfico de datos y la cantidad de dispositivos conectados crece constantemente y, para satisfacer estos y futuros requisitos, Ethernet 400G es esencial.

Comprender la tecnología 400G

En octubre de 2023, se pudo acceder por última vez a las bases de datos. Hasta esa fecha, se ha podido utilizar Ethernet 100G y Ethernet 400G, la última tecnología que puede transferir hasta 400 GB por segundo. La capacidad de esta última se ha cuadriplicado con respecto a la primera. Esto supone un salto en cuanto a capacidad de transmisión, ya que la alcance de 400G Ethernet se expande; este salto se puede atribuir a técnicas de modulación avanzadas y a la mayor densidad de componentes ópticos, ya que permiten un mayor rendimiento. Sin embargo, el consumo de energía no aumenta. En cierto sentido, no hay necesidad de ampliar el suministro de energía. Para 400G, esta expansión es fundamental porque se desarrolló para satisfacer los requisitos de las tecnologías actuales: sistemas de comunicación móvil de quinta generación, Internet de las cosas y varias tecnologías de realidad virtual. Esto proporciona a Ethernet 400G la capacidad de ayudar a las infraestructuras de red a satisfacer la enorme demanda de datos. Con esta capacidad, existe la posibilidad de garantizar la eficiencia operativa en una amplia gama de sectores.

El papel de Ethernet 400G en los centros de datos

La aparición de Ethernet 400G es vital en los centros de datos actuales, ya que aborda la demanda de ancho de banda y rendimiento. A medida que los centros de datos se convierten en la columna vertebral de la transformación digital, se encuentran bajo una enorme presión para acomodar más datos y admitir aplicaciones como servicios en la nube, análisis de big data e inteligencia artificial. Ethernet 400G aborda la brecha de infraestructura tecnológica necesaria para comercializar de manera eficiente esta explosión de datos. Actualmente, al permitir un mayor rendimiento y períodos de latencia más bajos, estos centros de datos procesan más datos al tiempo que evitan la obstrucción de los procesos, lo que aumenta la eficiencia. Esto también permite que la tecnología 400G optimice el rendimiento y reduzca el desperdicio al mejorar el consumo de energía. A medida que más personas buscan una mejor solución de red, la transición hacia capacidades de centro de datos más sólidas parece estar dominada por el crecimiento de Ethernet 400G.

Comparación del estándar 400G con los estándares anteriores

Al comparar Ethernet 400G con 100G y 40G, la diferencia más notable es el aumento en las tasas de transmisión de datos, que ofrece 4 veces la velocidad de las generaciones anteriores. Este aumento en el ancho de banda se ha producido debido a las tecnologías ópticas mejoradas y las técnicas de modulación. El estándar Ethernet XX-100G utiliza principalmente un esquema de codificación sin retorno a cero (NRZ), mientras que Ethernet 400G utiliza la expansión a PAM4, que permite codificar dos bits con cada símbolo en lugar de solo uno. Además, con la llegada de Ethernet 400G, los transceptores ópticos empaquetados en máscara se han vuelto comunes para acomodar paquetes de datos más grandes. De esta manera, Ethernet 400G aborda las crecientes necesidades en infraestructura, ya que son más rápidos, más escalables y más eficientes, que son muy necesarios para soportar las tecnologías de la generación futura.

¿Cómo funciona Ethernet 400G?

Explorando la arquitectura de redes 400G

La arquitectura diseñada para las redes 400G proviene de una cadena de tecnologías orientadas a mejorar la velocidad y la eficiencia. En su diseño son centrales los procesadores de red y los dispositivos fotónicos de silicio capaces de entregar enormes cantidades de datos. Sin embargo, el núcleo del funcionamiento de las 400G reside en la modulación PAM4, que permite codificar dos bits en un símbolo en lugar de uno, como ocurre con los protocolos NRZ tradicionales, posibilitando así el uso de una banda más amplia. Esta técnica de modulación permite velocidades de datos más altas en cables previamente instalados, aumentando así el ancho de banda sin tener que sustituir significativamente la maquinaria.

Al mismo tiempo, las redes 400G están equipadas con procesadores de señales digitales (DSP) avanzados, que poseen suficiente capacidad de corrección de errores e integridad de datos durante la transmisión. La arquitectura también incorpora una red más flexible y tecnología de multiplexación por división de longitud de onda (WDM), lo que permite un cambio en el uso del ancho de banda de los dispositivos reconfigurables en función de la demanda. Estas soluciones permiten un control eficiente del tráfico en diferentes capas de la red, al tiempo que mejoran los retrasos y el rendimiento. Esto complementa la calidad del servicio y mejora la arquitectura de la red 400G, haciéndola lo suficientemente flexible para manejar la creciente demanda de conectividad a Internet.

El impacto de la modulación PAM4

La Ethernet de 400 G se basa en PAM4 o modulación de amplitud de pulso con cuatro niveles. Un solo bit se codifica utilizando NRZ o sin retorno a cero, utilizando dos niveles como símbolo. PAM4 consta de cuatro niveles de amplitud para cada símbolo, lo que permite codificar dos bits. Permite transmitir el doble de volumen de datos dentro del mismo ancho, lo que hace que PAM4 sea esencial para todos los estándares Ethernet futuros. Por muy útil que sea, PAM4 también funciona a un alto nivel, lo que genera altos niveles de ruido y una menor integridad de la señal. Se utilizan herramientas avanzadas como la corrección de errores de avance (FEC) para contrarrestar estos efectos negativos. De lo anterior se desprende claramente que, a medida que avanza la red integrada, PAM4 ofrece un nuevo salvavidas para el pronunciado crecimiento de la velocidad de datos sin comprometer las limitaciones de la infraestructura física existente.

Componentes fundamentales: transceptores y conectores

En cuanto a las unidades de transmisión de señales de alta velocidad, los transceptores y conectores pueden describirse como atributos inevitables de la arquitectura de red de 400G. El Quad Small Form Factor Pluggable Double Density (QSFP-DD) es un ejemplo de un transceptor diseñado para ser compacto y de alta densidad con la capacidad de acomodar Ethernet de 400G y más. Para el transceptor QUAD SFP, se utilizan ocho puertos o carriles eléctricos, cada uno con un potencial de hasta 50 Gbps, lo que se traduce en un ancho de banda total de 400 Gbps. Además, el consumo de energía y la integridad de la señal son dos características esenciales que se deben mantener, principalmente cuando se utilizan carcasas centrales elevadas y compactas. Alternativamente, los conectores son elementos críticos para crear dispositivos de red confiables con enlaces de fibra óptica que residen en una red o forman una red. Para el uso de fibra de múltiples núcleos, los conectores MPO son los más adecuados para aplicaciones de 400G en lo que respecta al alto ancho de banda y la menor pérdida en condiciones que brindan una transferencia de datos eficiente. Por lo tanto, estos componentes provocarán el desarrollo y el crecimiento constantes del potencial de la red, satisfaciendo el creciente apetito de la industria por rendimiento y baja latencia.

¿Cuáles son los beneficios de 400G en los centros de datos?

Mejora del ancho de banda y la eficiencia de la velocidad de datos

He sido testigo de una mejora en el ancho de banda y la eficiencia gracias a una combinación de redes de centros de datos con tecnologías de más de 400G. Este cambio abre nuevos límites para la escalabilidad y la gestión del tráfico, lo que es bastante importante debido al aumento acelerado de las aplicaciones basadas en datos. También se han producido grandes avances en la eficacia del consumo de energía y la viabilidad económica de la red, ya que las soluciones de 400G energéticamente eficientes suelen tener tecnologías avanzadas que se centran en el ahorro de energía mientras se mantiene el rendimiento al máximo. Además, el volumen de datos entrantes complementa tecnologías incipientes como la inteligencia artificial y el aprendizaje automático, lo que garantiza que el funcionamiento del centro de datos siga siendo relevante en medio de la naturaleza cambiante del mundo digital.

Apoyo a las futuras demandas de redes de centros de datos

Se considera que varias de las crecientes demandas de red en relación con las redes de los centros de datos del futuro se satisfacen con el reciente avance de la tecnología 400G. Las principales fuentes de la industria apuntan a un mayor ancho de banda y eficiencias en las velocidades de datos para abordar la necesidad de redes más rápidas y un procesamiento de datos eficaz. Sin embargo, cabe señalar que se espera que las tecnologías futuras se desarrollen y sean impulsadas por cantidades de datos más grandes. Además, las mejoras de eficiencia energética inherentes a las soluciones 400G las hacen prácticamente factibles y ofrecen 400G, que es neutro en carbono, lo que hace que los centros de datos a gran escala sean respetuosos con el medio ambiente. Por último, la participación e integración de tecnologías en gran parte sin explotar, incluidas la IoT y la IA, también muestran que los sistemas 400g son muy flexibles y ampliables sin la necesidad de grandes aumentos en los gastos de capital. Además, proporcionan un rendimiento tal que les permite cumplir con las tendencias en el desarrollo de los centros de datos y sus tecnologías. Por lo tanto, se puede concluir que la tecnología 400g allana el camino para la evolución de los centros de datos del futuro.

Reducción de la latencia y aumento de la velocidad de Ethernet

En respuesta al dilema de resolver los problemas de latencia y ampliar la velocidad de Ethernet, he recopilado información de las investigaciones más avanzadas disponibles. En primer lugar, las nuevas tecnologías en el campo de Ethernet, como los esquemas de modulación actualizados y las mejoras en las rutas de datos, son esenciales para lograr el objetivo de reducir la latencia. En segundo lugar, la latencia se reduce automáticamente al cambiar a velocidades de Ethernet más altas, por ejemplo, 400G, ya que permite velocidades de transferencia rápidas. Por último, el uso de soluciones de gestión de red impulsadas por IA permite realizar ajustes activos de los parámetros para reducir aún más la latencia y operar la red a velocidades más altas. Estas mejoras son cruciales para garantizar que el centro de datos continúe operando de manera eficaz y eficiente en el mundo actual.

¿Qué influencia tienen los estándares Ethernet en 400G?

La progresión de 100G a 400G

Tras investigar las mejores fuentes actuales, he llegado a la conclusión de que el salto o la transición de los estándares de 100G a los de 400G para Ethernet se debe principalmente a la insaciable necesidad de ancho de banda en varios sectores verticales. La transición se ve facilitada por los grandes avances en la mejora de los avances tecnológicos en la transmisión de datos, como las técnicas de modulación sofisticadas o la adopción de protocolos de corrección de errores de avance (FEC) más competentes. Además, esas mejoras facilitan mayores tasas de codificación de datos y reducen el grado de interferencia de las señales, que son esenciales para abordar los requisitos de procesamiento de datos a gran escala típicos de las aplicaciones modernas. En última instancia, la historia de los estándares de Ethernet ha estado destinada a reflejar el uso creciente de dispositivos de IoT y tecnologías de inteligencia artificial, que requieren estándares de red específicos para funcionar correctamente. Por lo tanto, avanzar hacia los 400G es un avance tecnológico y una evolución muy necesaria en el universo digital en constante crecimiento.

El papel del estándar IEEE 802.3bs en 400G

Los estándares IEEE 802.3bs son un elemento crucial para el desarrollo y despliegue de Ethernet 400G, ya que definen los parámetros para tecnologías destinadas a transmitir datos a alta velocidad a través de la red. Este estándar aborda una variedad de cuestiones, como el despliegue de la mayoría de los carriles 100G de manera paralela para aumentar la velocidad de datos agregada. Además, define restricciones esenciales en la capa física para garantizar la interconexión más completa y poder cubrir la mayoría de los contornos de los centros de datos y proveedores de servicios. Además, el estándar integra una corrección de errores de reenvío (FEC) robusta, que es necesaria para proteger los datos a largas distancias a pesar de un cierto deterioro esperado de la señal. Se puede concluir que el estándar 802.3bs admite la implementación de 400G de manera muy flexible, ya que todas las expansiones futuras tendrán una plantilla aprobada por el estándar.

Perspectivas de futuro: transición a 800G y más allá

Dado que la necesidad de mayor capacidad y velocidad sigue creciendo, se espera que el paso a 800G sea un paso clave en la tecnología de redes. Este desarrollo se debe principalmente al crecimiento creciente del tráfico de datos que emana de la informática de borde, las redes 5G y las aplicaciones sofisticadas de la nube y la inteligencia artificial. La implementación de 800G será una tarea abrumadora, ya que requerirá mejoras en la tecnología de transceptores ópticos existente y estrategias de modulación avanzadas para hacer frente a las crecientes velocidades de datos pero, al mismo tiempo, garantizar la fidelidad de los datos y reducir las latencias. Además, los esfuerzos de estandarización, liderados por organismos como el IEEE, son esenciales para lograr una amplia interoperabilidad y una adopción universal. El crecimiento continuo del mundo digital requiere la evolución a 800G y más para crear la base necesaria para la futura expansión y el progreso en la esfera de las redes.

¿Quiénes son los actores clave en el mercado Ethernet 400G?

Las contribuciones de Cisco y Juniper

Cisco y Juniper Networks desempeñan un papel clave en la prestación de servicios Ethernet de 400G, ya que cuentan con bases sólidas y lo suficientemente fuertes como para ofrecer dichos servicios. Sin embargo, Cisco se promociona a sí mismo basándose en el hecho de que ha ampliado su tecnología 400G a su amplia gama de soluciones de red, incluidos conmutadores, enrutadores y transceptores ópticos. Dicha integración permite la actualización evolutiva de los sistemas existentes a otros más avanzados con mayor ancho de banda y mayores escalas; Cisco también aboga por las redes abiertas, por lo que el uso de SDN también mejora el alcance de la interoperabilidad en las implementaciones de 400G.
 
Mientras que Cisco Systems es conocido por comercializar tecnologías avanzadas a través de un amplio espectro de marketing, Juniper Networks, por otro lado, se especializa en la provisión de tecnologías de redes avanzadas, particularmente para las aplicaciones impulsadas por métricas de datos, lo que marca el avance de Cisco en el ecosistema 400G como sistemas de transporte de paquetes complicados y soluciones de redes automatizadas de alta gama. Al aumentar el uso de sus productos, la tecnología de paquetes para datos ha tenido una mayor demanda, lo que enfatiza aún más el aumento de sus ventas. Además, el rendimiento y la incorporación de soluciones de extremo a extremo en el sistema de red central ayuda a la tecnología impulsada por métricas de Juniper a maximizar la IA y mejorar las métricas de rendimiento general del sistema de red central; esto significa que ambos se esfuerzan por utilizar su fortaleza para lograr la red troncal central requerida para Ethernet 400G que conduce a la próxima generación de velocidades de red.

Avances de los fabricantes de conmutadores para centros de datos

Los fabricantes de conmutadores para centros de datos avanzan continuamente en la tecnología para satisfacer la creciente necesidad de una mayor propagación de datos junto con una menor latencia en los sistemas Ethernet de 400G. Broadcom ha logrado la posición de liderazgo en el impulso de este espacio, principalmente a través de su serie Tomahawk de chipsets para conmutadores, que mejoran el rendimiento y la eficiencia a niveles innovadores nunca antes vistos, que son clave para respaldar la implementación de redes de 400G. Arista Networks también está ampliando los límites en la escala del centro de datos con sus plataformas diseñadas para escalar redes en la nube que tienen una mayor densidad de puertos y funciones de telemetría mejoradas. Otro representante fundamental, NVIDIA (que solía conocerse como Mellanox Technologies), también se centra en soluciones de conmutación en toda su marca Spectrum, haciendo hincapié en la arquitectura de red escalable. Estos fabricantes, y muchos otros, ayudan a impulsar la rápida evolución de la infraestructura del centro de datos, asegurando una capacidad amplia y práctica para satisfacer las necesidades futuras de la red.

Innovaciones en transceptores ópticos y soluciones de fibra óptica

Con el aumento de los requisitos de velocidad de Ethernet, la demanda de fibras ópticas y, lo que es más importante, de transceptores ópticos es indispensable. El meollo del asunto en este momento es la innovación en tres áreas. La primera es el auge de la tecnología fotónica de silicio, que pretende integrar componentes ópticos monolíticos en chips de silicio para mejorar enormemente la velocidad de datos y la eficiencia energética. La segunda es la rápida evolución de los transceptores ópticos coherentes, que permiten la comunicación más allá del horizonte mediante la aplicación de esquemas de modulación avanzados. Estos esquemas tienen el potencial de ampliar la distancia manteniendo la integridad de los datos. La última es la invención de DWDM, que permite enviar simultáneamente varias señales en diferentes longitudes de onda, lo que aumenta significativamente el ancho de banda. En conjunto, estas innovaciones marcan las tendencias en el desarrollo de la velocidad, la capacidad y la fiabilidad de las redes ópticas.

Fuentes de referencia

Ethernet

Gigabit Ethernet

Comunicación por fibra óptica

Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Qué es Ethernet 400G y cómo se compara con 100Gb y otros estándares anteriores? 

A: El término Ethernet 400G, también conocido como 400GbE o 400 Gigabit Ethernet, se ha convertido en el estándar Ethernet más avanzado que se haya desarrollado jamás debido a su velocidad de transferencia de datos, que es de 400 gigabits por segundo. Teniendo en cuenta los avances tecnológicos, se trata de un crecimiento sustancial con respecto a los estándares de 100 Gbps, ya que permite hasta cuatro crecimientos. Este nuevo estándar está diseñado para permitir el avance de los crecientes requisitos de ancho de banda de los grandes centros de datos, los entornos de computación en la nube y las aplicaciones de red de alto rendimiento.

P: ¿Qué papel desempeñaron los miembros del grupo de trabajo IEEE 802.3bs en la creación de Ethernet 400G? 

R: El grupo de trabajo IEEE 802.3bs fue responsable del desarrollo del estándar básico de Ethernet de 400 G. Este grupo reúne a especialistas de la industria e intenta delinear los parámetros, protocolos y pautas para implementar 400 GbE. Como resultado de sus esfuerzos, el estándar IEEE 802.3bs se aprobó en diciembre de 2017, estableciendo así la plataforma para la introducción y el avance de las soluciones Ethernet de 400 G.

P: ¿Cómo encaja Ethernet 400G en el cronograma hacia el avance de Ethernet Terabit?

R: Muchos consideran que Ethernet 400G es la evolución de Ethernet terabit. También vale la pena mencionar que la hoja de ruta de desarrollo de Ethernet incluye 400GbE como una etapa de transición esencial entre las infraestructuras de 100 Gbps existentes y la futura implementación de Ethernet terabit. Los métodos y la experiencia derivados de la implementación de 400G sin duda ayudarán a desarrollar estándares Ethernet aún más altos en el futuro. 

P: ¿Cuál es la diferencia entre Ethernet 200G y 400G?

R: Tanto Ethernet 200G como 400G son estándares Ethernet de alto ancho de banda, siendo 400G el doble que 200G. Por lo tanto, mientras que Ethernet de 200 gigabits proporcionará un rendimiento de hasta 200 Gbps, Ethernet de 400 gigabits proporcionará hasta 400 Gbps. Se desarrollaron más de dos estándares debido al aumento del ancho de banda de las redes actuales, sin embargo, 400G es más aplicable donde se necesitan velocidades de datos y capacidad de datos aún mayores.

P: ¿Cuál es la relevancia de 400GBASE-DR4 y la fibra monomodo? 

R: En resumen, 400GBASE-DR4 es una construcción única de Ethernet 400G que emplea una fibra monomodo (SMF) como portadora de datos. 400GBASE-DR4 ha definido el uso de cuatro carriles de 100 Gbps cada uno para lograr un total de 400 Gbps. SMF es el tipo de fibra apropiado para tendidos de cables largos y se emplea ampliamente en interconexiones de centros de datos y redes de área metropolitana. El estándar 400GBASE-DR4 está diseñado para proporcionar un medio eficiente de establecer conexiones de alta velocidad basadas en una infraestructura de fibra monomodo.

P: ¿De qué manera la evaluación del ancho de banda Ethernet de Industry Connections influye en el progreso de Ethernet 400G? 

R: Todo estudio relacionado con el desarrollo de nuevos estándares de Ethernet, como Ethernet 400G, debe cumplir con la evaluación de ancho de banda de Ethernet de IEEE 802.3 Industry Connections. Esta evaluación evalúa los requisitos de ancho de banda que se implementarían y los que probablemente se implementarán en breve. La información obtenida de este estudio también orienta el progreso técnico de Ethernet, de modo que los nuevos estándares, como Ethernet 400G, se establezcan en función de la demanda de ancho de banda de diseño de red prevista para redes futuras. 

P: En las redes modernas, ¿cuáles son los principales usos y ventajas de Ethernet 400G? 

R: La Ethernet de 400 G es adecuada para satisfacer las necesidades de las redes modernas y tiene algunas aplicaciones en ellas. Su utilidad es más evidente en grandes centros de datos, proveedores de servicios en la nube y entornos informáticos de alto rendimiento. Las soluciones de 400 G están diseñadas para soportar el aumento repentino de datos de 5G, IA, IoT y otras tecnologías durante las próximas décadas. La Ethernet de 400 GbE y sus mayores velocidades de transmisión implican que se pueden transferir más datos a través de la red con menor latencia, lo que aumenta la capacidad de ancho de banda del espacio de la red, mejorando el rendimiento del sistema y la escalabilidad para aplicaciones de alta gama.