Трансивер Ethernet 400G: полное руководство по оптическим трансиверам 400G и их применению

Учитывая развивающуюся природу сетевой индустрии и растущий объем ее применения, спрос на более высокую пропускную способность и скорость передачи данных привел к изобретению новых оптических трансиверов. Примером может служить 400G Ethernet-трансивер, важное устройство для улучшения пропускной способности сети в центрах обработки данных, корпоративных сетях и телекоммуникационных системах. Это руководство посвящено вашему покорному слуге, где я предоставлю подробные обзоры оптических трансиверов 400G – структура, функциональность и области применения в различных отраслях. Объяснение конструкции и функций этих устройств, а также высокоскоростных передача данных В статье рассматриваются такие основные вопросы, как расширенные функции, такие как совместимость, низкая стоимость и мощность. В этой статье дается хорошее понимание технологии 400G и ее актуальности в современных связях, независимо от того, является ли One сеть инженер или ИТ-специалист, или тот, кто проявляет живой интерес к развитию оптических сетей.

Что такое трансивер Ethernet 400G?

Обзор технологии трансивера 400G

Трансивер Ethernet 400G можно определить как воплощение блока передачи данных, который работает на скорости 400 гигабит в секунду (Гбит/с). Он использует различные технологии интерфейса физического уровня, такие как На короткие расстояния (SR), Long Range (LR) и Extended Range (ER) оптика, разработанная для различных расстояний и требований к применению. Эти трансиверы используют несколько оптических длин волн и передовые методы модуляции, такие как PAM4, для увеличения пропускной способности по оптическим волокнам. Важными частями являются лазерный передатчик, фотодиод и цифровой сигнальный процессор, все из которых имеют решающее значение для его производительности. Трансиверы 400G полезны для увеличения пропускной способности в центрах обработки данных и подключения высокоскоростных каналов к телекоммуникационным сетям.

Основные характеристики трансиверов Ethernet 400G

Трансиверы Ethernet 400G обладают множеством встроенных функций, которые определяют их повышенную производительность и пригодность для сложных приближающихся сетей.

1. Высокая скорость передачи данных: Конструкция этих трансиверов, работающих на скорости 400 Гбит/с, призвана удовлетворить огромные потребности в полосе пропускания современных поставщиков услуг и центров обработки данных по сравнению с другими предыдущими поколениями, такими как 100G, которые обеспечивали меньшую пропускную способность.
2. Несколько форм-факторов: Трансиверы 400G выпускаются в различных форм-факторах, таких как QSFP-DD и OSFP, оба из которых позволяют достичь более высокой плотности портов и обладают обратной совместимостью с текущими инфраструктурами для легкой модернизации.
3. Мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM): Некоторые или большинство трансиверов 400G поддерживают технологию мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM), при которой несколько сигналов данных передаются по одному оптоволоконному кабелю для расширения пропускной способности. Это имеет решающее значение для магистральных и городских сетей, поскольку позволяет максимально использовать оптоволокно.
4. Продвинутые методы модуляции: Благодаря внедрению модуляции PAM4 происходит эффективное удвоение эффективной кодированной полосы пропускания на длину волны, разбитой на страницы с двойными битами, кодированными на один символ. Это означает, что тот же объем данных передается более эффективно без увеличения полосы пропускания, необходимой для использования большего количества волокон.
5. Расстояние покрытия: Примерно разные типы трансиверов 400G калибруются для выполнения одной общей задачи, а именно EWM дальнего, ближнего и расширенного диапазона. Например, страница входа пользователя определяет более 100 метров, в то время как LR может достигать 10 километров.
6. Технический прогресс: Благодаря развитию технологий, трансиверы 400 G также производятся с энергоэффективностью в плане выходной мощности больше в теории ходьбы. Они имеют отметку около 7-15 Вт и, следовательно, более экономичны в отношении массового использования.
7. Стандартизация: После этого все отраслевые протоколы указывают на то, что 400 трансиверов используются в сочетании со многими другими устройствами, что обеспечивает гибкость и безопасность инвестиций для сетевых операторов.

Именно эти характеристики определяют спрос на трансиверы Ethernet 400G, которые являются неотъемлемой частью развития высокоскоростных сетей, удовлетворяющих адекватный спрос на передачу данных для облачных вычислений, искусственного интеллекта и приложений больших данных.

Как работают трансиверы 400G в современных сетях

Трансиверы 400G играют важную роль в современных сетях, поскольку они улучшают передачу данных в широкой полосе пропускания. Для этого трансиверы используют мультиплексирование, при котором несколько потоков данных объединяются и отправляются по одному оптическому кабелю, тем самым увеличивая скорость передачи данных. Модуляция данных с использованием стандартных методов модуляции PAM4 позволяет этим трансиверам достигать скорости передачи данных x2 на волокно без необходимости дополнительного усиления волокна.

Различные трансиверы построены с использованием одномодовых и многомодовых волокон с использованием соответствующих ресурсов кантилевера для этого конкретного режима развертывания. Они используют оптические усилители и методы компенсации дисперсии для поддержания качества на больших расстояниях связи. Они также используют подход адаптивной оптики, который улучшает производительность за счет компенсации изменяющихся условий в сети, используемой для передачи данных. В целом, трансиверы 400G имеют решающее значение для обработки растущих требований к полосе пропускания для облачных вычислений, видео по запросу и других форм больших объемов данных.

Сравнение различных форм-факторов трансиверов 400G

QSFP-DD: Четырехканальный модуль малого форм-фактора с двойной плотностью

Приемопередатчик QSFP-DD предназначен для достижения скорости передачи 400G за счет увеличения количества каналов, которое на 2 больше, чем у стандартного QSFP. Это облегчает реализацию SOSA без необходимости замены интерфейса QSFP. Конструкция форм-фактора QSFP-DD поддерживает как пассивные, так и активные медные кабели и оптоволоконные кабели, обеспечивая гибкость в различных сетевых сценариях. Кроме того, он включает в себя улучшенный механизм управления температурой для оптимизации производительности при тяжелых операциях с данными. Будучи небольшим и очень плотным, он идеально подходит для центров обработки данных HPC, и он оптимально развертывается в пространстве с большими требованиями к полосе пропускания.

OSFP: Octal Small Form Factor Pluggable

OSFP (Octal Small Form Factor Pluggable) передает эффективную передачу 400G, которая разработана в форме Octal и включает поддержку восьми отдельных каналов данных. Улучшения, внесенные в эту конструкцию, позволяют значительно увеличить пропускную способность, гарантируя при этом максимальное использование уже существующей инфраструктуры. OSFP нацелен на области с высокой плотностью, поскольку он предоставляет передовые решения по управлению теплом, позволяющие работать в суровых рабочих условиях при максимальной нагрузке. Кроме того, он идеален из-за своей поддерживающей природы как медных, так и оптических кабелей, что чаще всего имеет место даже в центрах обработки данных и в ситуациях высокопроизводительных вычислений, где скорость и пространство являются премией.

Другие форм-факторы: CFP8 и COBO

CFP8 (Ie, C Form-factor Pluggable 8 (трансиверный модуль) обеспечивает интерфейсы 400G в небольших и надежных форм-факторах, которые поддерживают ряд различных технологий передачи. В этом трансивере имеется четыре канала, работающих на скорости 100G каждый благодаря современным методам модуляции, которые улучшают сжатие полосы пропускания и минимизируют потребляемую мощность. Конструкция форм-факторов CFP8 включает в себя встроенные средства охлаждения, которые улучшают работу в сетевых системах с высокой плотностью использования. Его архитектура также обратно совместима с предыдущими поколениями стандарта CFP, что упрощает развертывание сети.

Стандарт COBO (Консорциум по бортовой оптике) представляет собой радикально новый подход к оптической связи, поскольку он охватывает бортовую оптику как часть схемы, а не дополняет ее по отдельности. В этом новом подходе есть некоторые существенные преимущества, поскольку размеры корпуса уменьшены до минимальных уровней, качество сигналов улучшено и, следовательно, оптимизированы различные показатели производительности. Модули COBO могут использоваться для передачи данных с высокой пропускной способностью на различные расстояния и типы кабелей, что явно делает их более универсальными в различных сетевых конфигурациях. В стремлении удовлетворить растущую потребность в данных, одновременно упрощая проектирование и распределение систем, на рынке была представлена ​​технология COBO, особенно в отрасли оптических трансиверов.

Каковы области применения трансиверов 400G в центрах обработки данных?

Высокоскоростная передача данных

Высокоскоростная передача данных является неотъемлемым элементом современных центров обработки данных, поскольку объем данных из-за растущего числа пользователей и вычислительной мощности также увеличивается экспоненциально. В отношении таких приложений трансиверы 400G считаются незаменимым решением для поддержания высоких требований к пропускной способности в самых разных областях, таких как облачные вычисления, искусственный интеллект и большие данные.

Например, в таких средах, как центры обработки данных, трансиверы 400G устанавливаются для соединения коммутаторов и серверов в стойке, обеспечивая передачу данных со скоростью более 10 терабит в секунду на стойку. Эта функция значительно сокращает задержки, что делает ее эффективной для приложений, чувствительных к задержкам. Кроме того, сообщалось, что применение технологии 400G должно снизить энергопотребление трансиверов до 70% по отношению к каждому гигабиту по сравнению с предыдущими поколениями, что делает ее экономичной и экологически чистой.

Аналогично, эти широкополосные трансиверы 400G также способны использовать усовершенствованные форматы модуляции, такие как PAM4, которые могут обеспечить вдвое большую скорость передачи данных на канал без расширения полосы пропускания. Это улучшение очень важно для высокочастотных торговых приложений, где каждая микросекунда имеет решающее значение для выполнения сделок. С изменением центров обработки данных на структуры, работающие на более высоких скоростях, интеграция трансиверов 400G станет необходимостью для более быстрого увеличения пропускной способности данных по всей сети.

Оптимизация пропускной способности и плотности портов

Более того, оптимизация полосы пропускания и плотности портов в центре обработки данных является одним из ключевых способов максимального использования ресурсов и обеспечения бесперебойного потока данных. Для организации более экономически выгодно использовать решения на базе трансиверов 400G, поскольку это помогает сэкономить больше места и увеличить пропускную способность. Такие методы, например, интерфейс Multi-Rate (MRI), позволяют использовать несколько каналов в одном физическом порту, что приводит к эффективному увеличению полосы пропускания без дополнительных требований к оборудованию. Также возможно расширить архитектуру «позвоночник-лист» и реализовать ее как многоуровневую модель в дополнительных сетях «листья», что повышает масштабируемость и гибкость спроса, тем самым улучшая балансировку нагрузки и минимизируя вероятность перегрузки. Реализация таких стратегий повышает производительность системы и в то же время влияет на структуру затрат, поддерживая более низкие капитальные вложения и повышая экономию электроэнергии.

Совместимость с существующей сетевой инфраструктурой

При внедрении технологий трансиверов 400G первостепенное значение имеет рассмотрение того, как они относятся к уже существующей сетевой структуре. Большинство современных сетевых элементов, будь то маршрутизаторы, коммутаторы или оптические транспортные инфраструктуры, спроектированы с использованием стандартных трансиверов 100G и их модульных схем, позволяющих подключать другие типы трансиверов. Известные поставщики также включают функции обратной совместимости, чтобы модули 400G могли работать с текущими технологиями, такими как 100G и 10G, без каких-либо сбоев в работе. Кроме того, различные стандартизированные протоколы, такие как Ethernet и оптические транспортные сети, уменьшают препятствия для интеграции существующих систем. Организации учитывают наличие нового оборудования в сети и планируют его установку с постепенными испытаниями производительности, чтобы гарантировать сохранение требуемых целей и не нарушить целостность структуры сетевых операций при смене систем.

Понимание оптических трансиверов 400G

Типы оптических трансиверов 400G

Оптические трансиверы 400G обычно бывают 5 различных типов, которые зависят от конструкции и расстояния, на котором такие системы должны работать. Вот некоторые примеры наиболее распространенных типов:

• QSFP-(четырехканальный модуль с малым форм-фактором и двойной плотностью): Поддерживает Ethernet до 400G; отлично подходит для установок с высокой плотностью.
• ОСФП: Обеспечивает ту же функциональность, что и QSFP-DD, но имеет более громоздкую конструкцию, что улучшает рассеивание тепла.
• CFP8: Поддерживает оптические интерфейсы и предназначен для высокоскоростной работы.
• ПАМ4: Схема передачи данных, используемая в трансиверах для увеличения скорости передачи данных вдвое по сравнению с имеющейся полосой пропускания, тем самым увеличивая пропускную способность.

Все эти типы имеют свои характеристики и отвечают различным потребностям по улучшению работы сетей.

Показатели производительности: скорость передачи данных и дальность передачи

Показатели производительности оптических трансиверов 400G должны включать по крайней мере два параметра, а именно скорость передачи данных и дальность передачи. Скорость передачи данных трансивера, обычно в гигабитах в секунду, является мерой того, сколько информации может быть передано в конкретном узле передачи. Эти трансиверы со стандартом 400G способны обрабатывать на порядок больше данных по сравнению с предыдущими моделями.

Расстояние передачи также называется расстоянием без существенного искажения сигнала или провала в его производительности. Эти расстояния зависят от типа используемого оптического волокна, будь то многомодовое или одномодовое. Например, многомодовые волокна 400g поддерживают дальность до 150 метров, в то время как одномодовые волокна могут увеличить эффективность дальности до чрезвычайно дальних расстояний в несколько километров. Эти меры важны для правильного выбора компонентов во время строительства, а также развертывания сети.

Типы кабелей, используемые с трансиверами 400G

Выбор подходящих типов кабелей очень важен для достижения наилучшего использования оптических трансиверов 400G. Обычно используются следующие кабели: Основные кабели:

• Одномодовое волокно (SMF): В этом типе есть только один передатчик, он был разработан для передачи на большие расстояния, что позволяет передавать данные с соединениями свыше 500 метров. Это *Двадцать восемь малых диаметров сердцевины дифференциального стеклянного волокна разработано с особенно малым диаметром сердцевины, к сожалению, поскольку одномодовое радиальное распространение ограничено, оно уменьшает дисперсию, тем самым помогая большинству оптических сигналов на больших расстояниях.
• Многомодовое волокно (MMF): В основном это используется в приложениях на короткие расстояния. Многомодовое волокно способно поддерживать высокую скорость передачи данных до 400G, но эффективно только для надежной передачи на расстояние чуть более 150 метров. Его больший диаметр сердечника позволяет одновременно передавать несколько световых мод и полезно для внутри- и межзданийных соединений.
• Активные оптические кабели (АОС): Это особый тип активного кабеля, в котором сама кабельная сборка содержит оптические трансиверы. Aocs разработаны для приложений с высокой пропускной способностью на коротких расстояниях и являются недорогим средством соединения оборудования в центре обработки данных, что делает их идеальными для приложений 400G на расстояниях, обычно не превышающих 100 метров.

В заключение следует отметить, что выбор одномодового оптоволокна, многомодового оптоволокна и активных оптических кабелей будет полностью зависеть от характера работы, которую будет выполнять сеть, в частности, от ее расстояния, пропускной способности и стоимости установки.

Часто задаваемые вопросы о 400G Ethernet и оптических трансиверах

В чем разница между трансиверами 100G и 400G?

Пропускная способность является основным различием между трансиверами 100G и 400G. В отличие от трансиверов 100G, которые способны передавать данные с одной заданной скоростью, в данном случае - емкость трансиверов 400G способны это делать и освобождать место для большего трафика в системах передачи и повышать эффективность. Существует также тот факт, что трансиверы 400G обычно создаются для поддержки более продвинутых форматов модуляции, которые полезны для обеспечения эффективности в густонаселенных районах и на больших расстояниях. Кроме того, трансиверы 400G также известны тем, что потребляют меньше энергии на гигабит, чем обычные трансиверы 100G, поскольку технология улучшается, что делает их лучшими вариантами для использования в современных центрах обработки данных.

Как выбрать подходящий трансивер 400G для вашей сети?

Приемопередатчик 400G следует выбирать с учетом многих факторов, чтобы гарантировать, что полученная производительность будет разумной по сравнению со стоимостью. Ниже приведены некоторые из основных моментов:

1. Дальность передачи: Установите максимальное физическое разделение между элементами сети. В зависимости от расстояния лучше всего работают разные приемопередатчики; многомодовое волокно SR (70 м) с коротким радиусом действия лучше всего подходит для коротких расстояний, а одномодовое волокно LR (до 10 км) с длинным радиусом действия лучше всего подходит для больших расстояний.
2. Формат модуляции: Проанализируйте формат модуляции, в котором сможет работать трансивер. Более сложные форматы модуляции или усовершенствованные методы PAM4 (4-импульсная амплитудная модуляция) используются для увеличения скорости передачи данных и повышения эффективности конструкции, особенно в конструкциях с высокой плотностью.
3. Тип разъема: Совместимость разъемов имеет решающее значение для реализации простого подключения к уже существующей компоновке. Выбор разъемов SC, LC, внешних/промежуточных и инициирующих разъемов среди прочих определяется типом кабеля и применением.
4. Потребляемая мощность: Измеряет эксплуатационную мощность трансивера по энергии. Это происходит потому, что когда в центрах обработки данных применяется «зеленый» фокус, принятие более низкого потребления на каждый гигабит, в свою очередь, уменьшит налоговые счета, возникающие при возврате системы в эксплуатацию, что является функцией повышения общей эффективности.
5. Совместимость и стандарты: Проверьте, могут ли быть интегрированы существующие сетевые устройства и протоколы. Убедитесь, что трансивер соответствует стандартам, предоставляемым такими организациями, как IEEE, OIF, для взаимодействия с другими сетями.

Таким образом, принимая во внимание вышеперечисленные факторы, сетевые администраторы могут выбрать наилучшие трансиверы 400G, которые соответствуют потребностям их инфраструктуры, не жертвуя при этом производительностью и передачей данных.

Каковы будущие тенденции в технологии 400G?

Перспективы будущего технологии 400G связаны с разумным развитием и плодотворным внедрением благодаря определенным выявленным тенденциям.

1. Растущее внедрение когерентных технологий: Учитывая уровень сетевого трафика и тенденции роста, когерентная оптическая технология будет иметь решающее значение для увеличения пропускной способности и дальности сетей 400G. Эта технология позволяет покрывать большие расстояния, тем самым удовлетворяя потребности облачных вычислений и Интернета.
2. Шаг вперед 800G и выше: Индустрия уже с нетерпением ждет времени, когда переход от технологий 400G к 800G и далее станет обычной мировой тенденцией. Благодаря этому сдвигу фотонная интеграция изменит способ передачи данных, так что потребление энергии на единицу переданной информации снизится.
3. Улучшенная модульность и интеллектуальность сети: Будущие тенденции показывают, что управление сетями будет в значительной степени зависеть от технологий автоматизации и искусственного интеллекта (ИИ). Эти технологии устранят операционную рутину, повысят эффективность поиска неисправностей и общую производительность работы сети, что приведет к улучшению сетевых сред, которые станут гибкими и более отказоустойчивыми.

По мере реализации этих изменений они будут способствовать развитию технологий 400G, а также планированию следующего поколения сетевых приложений и инфраструктур.

Справочные источники

Ethernet

Подключаемый модуль малого форм-фактора

приемопередатчик

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Что такое трансивер 400G QSFP-DD?

A: Трансивер 400G QSFP-DD — это усовершенствованный оптический модуль, который используется для подключения к сети Ethernet на скорости 400 гигабит. QSFP-DD, что означает Quad Small Form-factor Pluggable Double Density, был представлен для обеспечения более высоких скоростей передачи данных, чем его предшественники в стандартах QSFP.

В: Каковы основные типы оптических трансиверов 400G?

A: Основные типы оптических трансиверов 400G включают 400G QSFP-DD, 400G OSFP, SR8, DR4, LR4 и FR4. Существуют различные типы трансиверов с точки зрения их дальности и применения: ближняя дальность — 100 м, средняя дальность — более 1 км и дальняя дальность — до 10 км.

В: Как трансивер 400g соотносится с трансивером 400g sqft-max rate?

A: 400G OSFP также нацелен на гигабитный Ethernet, но в немного другой упаковке. Также транзисторы 400G OSFP могут поддерживать скорость передачи 400 Гбит/с, как 400G QSFP-DD, но из-за структуры OSFP существует верхний предел энергопотребления из-за стабильности управления температурой на минимальных пределах OSFP в отличие от QSFP DD.

В: Какова рекомендуемая дальность действия трансивера 400G DR4?

A: Трансивер 400G DR4, как один из модулей 400G, использующих четырехэлементную конструкцию, обычно поддерживает дальность до 500 метров в одном волокне модели. Это достигается с помощью четырех оптических каналов (DR), модулированных в PAM4 для скорости 400 Гбит/с.

В: Какие приложения возможны с трансиверами 400G QSFP-DD и как работают эти приложения?

A: Трансиверы 400G QSFP-DD чаще используются в центрах обработки данных, высокопроизводительных вычислениях и инфраструктурах телекоммуникационных сетей. Это помогает увеличить скорость передачи данных и емкость в таких приложениях, как облачные вычисления, видео по запросу и высокопроизводительные вычислительные приложения и аналитика.

В: В каких приложениях используются трансиверы 400G SR8?

A: Трансиверы 400G SR8 — это типы коротких ужасных расстояний, которые обычно используются на расстояниях около 100 м по многомодовому волокну. Они используют 8 каналов для передачи данных по 50 Гбит/с каждый и в основном используются в соединениях центров обработки данных.

В: Каковы преимущества и недостатки перехода на технологию Ethernet 400G?

A: Переход на 400G Ethernet имеет ряд преимуществ, среди которых возможность поддерживать более широкую полосу пропускания и гораздо более низкую задержку. Он соответствует обычным требованиям роста данных, а также удовлетворяет потребность в проектировании сетей, которые привыкли переходить на следующее поколение приложений и услуг.

В: Можно ли будет использовать трансиверы 400G QSFP-DD с текущими портами QSFP28?

A: Нет, трансиверы 400G QSFP-DD не предназначены для обратной совместимости с существующими портами на домене QSRP28. QSFP-DD предназначен для операций 400G и не работает с существующим интерфейсом без подходящего QSFP-DD.

В: Что такое CWDM в контексте коммутаторов 400G?

A: CWDM означает Coarse Wavelength Division Multiplexing (грубое мультиплексирование с разделением по длине волны). В контексте оптики 400G технология CWDM позволяет объединить несколько оптических сигналов и поместить их в одно волокно, тем самым увеличивая пропускную способность оптоволоконной линии.

В: Что такое обзор трансивера в решениях Ethernet 400G?

A: Обзор трансиверов в решениях Ethernet 400G относится к описанию и подробностям аспектов, касающихся модулей трансиверов, таких как тип, форм-фактор трансивера 400g, приложения и спецификации. В этом разделе подробно описываются различные типы доступных трансиверов 400G, и, следовательно, помощь сетевым инженерам в выборе наиболее подходящих модулей для их целей.