Implementación de Ruptura de Puertos (Port Breakout) en Redes de Alta Capacidad

IA y La computación de alto rendimiento (HPC) está generando presión en los administradores de Centros de Datos y  como respuesta,  los protocolos de transmisión y las velocidades de conexión  articulan esfuerzos para moverse rápidamente y cumplir las demandas de las nuevas aplicaciones. Esta dinámica tiene un efecto colateral en todos los tipos de Data Center, incluso en los casos en donde las cargas de trabajo no son tan exigentes, impulsando así una aceleración natural en el volumen de mercado y en la viabilidad económica para nuevas capacidades y tecnologías en la conectividad.

Si bien los diseños de infraestructuras de misión crítica se centran en la disponibilidad, la seguridad y la eficiencia, hay que señalar que, desde hace varios años la escalabilidad forma parte de este selecto grupo, Ethernet concluyó que las necesidades de ancho de banda se multiplicarían por diez (10) cada cinco (5) años, por lo que es imperativo que exista una sinergia entre lo que desarrolla el fabricante de equipos y cableado y lo que proponen los diseñadores.

Prueba de ello es la variedad de protocolos, factores de forma de los transceptores y formas de conexión, en este último grupo encontramos  conexiones directas (1:1) o por ruptura de puertos (Port Breakout), que, junto con el tipo de señalización, el tipo de conector y las condiciones de instalación facilitan la elección de la  infraestructura de red cableada.

Los diseños basados en la ruptura de puertos (Port Breakout) centralizan una única conexión de óptica paralela y alta velocidad en un extremo y, en el opuesto, la posibilidad de conectar más de un puerto a través de conectores con un menor número  de fibras que entregarán velocidades más bajas. Esta alternativa no solo flexibiliza los cambios tecnológicos típicos de un Centro de Datos, sino que también optimiza el uso de la energía, el espacio físico e incluso el costo de la solución.  Por ejemplo, un switch de 1RU con 32 Interfaces QSFP+/QSFP28 podría operar a velocidades individuales de 40GBE o 100GBE o bien segregar su capacidad en 4 X 10GBE o 4X25GBE, de este modo, se podrían  conectar 128 interfaces a 10GBE o a  25GBE en el mismo espacio.

 

Desde la óptica del diseñador es  indispensable tener en cuenta:

1. Se asegure que el switch/transceptor soporte aplicaciones de ruptura (Breakout).
2. Se establezca una estrategia de distribución, y ubicación de los equipos.
3. Se identifiquen los requerimientos de cableado, que incluyen: la topología, las interfaces ópticas, las polaridades, los géneros, el tipo de pulido, las longitudes, el tipo de fibra y las condiciones de instalación.
4. Se analice la especificación del producto a utilizar, ya que tanto los cables híbridos, de conversión, jumpers o casetes de transición podrían configurarse como una alternativa en función de las características del transceptor óptico.

 

La figura 1 muestra un ejemplo de ruptura de puertos típica en redes monomodo que utilizan transceptores 400G-DR4 para conectar cuatro transceptores de 100G-DR. para este caso se cuenta con jumper MPO-MPO del lado A,  un enlace permanente con Cables Troncales Plug and Play MPO – MPO  – en fibra óptica monomodo y para las conexiones del lado B a 100G-DR  se utiliza un Cable Híbrido MPO a LC para conectar los cuatro (4 transceptores).

 

Figura 1. Ruptura de puertos utilizando fibra monomodo con Cable híbrido MPO a LC del lado B

 

El cable híbrido de equipo puede configurarse con diferentes longitudes, lo que incluye también la longitud del ramal,  de esta manera, la distribución de las conexiones dentro del gabinete no sugerirá una reserva de cable excesiva ni los puertos de los equipos estarán tan distantes que la longitud del ramal limite la conexión.

 

Figura 2. Ejemplo de Cable híbrido MPO a LC  con longitud de ramal de 160mm

 

También es posible que el primer día solo se conecten uno o dos transceptores ópticos del lado B o que no se planifique la conexión de los puertos restantes en un futuro cercano. Como alternativa, se pueden utilizar casetes de transición con polaridad U1 y un jumper LC-LC para cada conexión a 100G-DR en el lado B como se ilustra en la figura 3. Los jumpers se irán agregando según se requieran.

 

Figura 3. Ruptura de puertos utilizando fibra Monomodo con jumper LC a LC y Casete MPO a LC U1 en el lado B

 

¿Qué configuración debería usar si mis transceptores de velocidad más baja no están en el mismo gabinete?

La distribución de los equipos no siempre consolida grupos de cuatro transceptores en cada gabinete. Para estos casos, es indispensable definir una estrategia en la red cableada, ya que se quiere aprovechar el Throughput del equipo y la capacidad de cada puerto para poder conectar más dispositivos, la Figura 4 muestra un jumper con conector MPO sin pin que conecta el transceptor 400-DR4 y un conector con pin en el otro extremo del cable que conecta un casete de transición por la parte posterior. Lo que se busca con el grupo de casetes del lado A es configurar  un modelo de cross connection que recibirá y administrará las conexiones de 100G-DR en el lado A, y, desde este punto se reflejarán en grupos de Cables Troncales MPO-MPO de 8 fibras hacia cada gabinete, añadiendo casetes MPO a LC en el extremo opuesto, por ejemplo lado B y C. Tenga en cuenta que, en algunos casos solo se utilizarán dos de los ocho hilos disponibles. Sin embargo, el costo de la inversión en cableado no se compara con el costo de cada puerto 400-DR4 que no pueda conectar servicios a 100G-DR.

 

Figura 4. Ruptura de puertos utilizando red monomodo en esquema de cross connection con jumper LC a LC y Casete MPO a LC lado B y/o C

 

Otra posible solución a esta pregunta, y que en este caso optimizaría  la cantidad de hilos  para aplicaciones de ruptura de puertos en conectores LC en donde  el crecimiento por gabinete es limitado, sería utilizar Cables híbridos de equipo MPO a LC en el lado A, que, junto con una placa adaptadora LC-LC se conectarán con cables preterminados LC-LC en grupos de cuatro conectores dúplex en ramales distribuidos, por ejemplo, a longitudes mayores a 2.5 metros. De esta forma, desde la canalización, se podrá realizar  la distribución de cada ramal hasta un adaptador LC-LC que se adicionará en los gabinetes necesarios, por ejemplo en el lado B y C como se ilustra en la figura 5.

 

Figura 5. Ruptura de puertos utilizando red monomodo con cables troncales LC-LC y jumper LC a LC y adaptador LC en lado B y/o C

 

La IA y el ML han introducido importantes ajustes en los requisitos de conectividad, de modo que la ruptura de puertos también puede configurarse en conectores MPO del lado B. Las figuras 6, 7  y 8 muestran ejemplos de velocidades de 800 Gb/s distribuidas desde un puerto Twin-OSFP de 2 x 400 Gb/s en un modelo de canal multimodo, teniendo la posibilidad de realizar la ruptura a cuatro (4) puertos individuales de 200 Gb/s.

 

En la Figura 6 Y 7, el Twin Port conecta dos (2) jumpers MPO–MPO, junto con adaptadores tipo B (Key-up-Key-up) del lado A. Desde este punto se extienden dos (2) Cables Troncales MPO hasta el lado B, en donde se incluirá un adaptador tipo B (Key-up-Key-up) , junto con los Cable de Conversión necesarios para la conexión de los equipos, también llamados  Passive Optical Splitter Cable. Como se observa, cada cable tiene un (1) conector MPO de  8 fibras en un extremo y dos (2) conectores MPO de 4 fibras en el opuesto.

 

Figura 6. Configuración de ruptura de 4 puertos de 200 Gbp/s del lado B utilizando redes multimodo con conectores MPO – MPO extremo a extremo

 

Figura 7. Configuración de ruptura de 2 puertos de 200 Gbp/s del lado B y dos puertos de 200Gbp/s del lado C utilizando redes multimodo con conectores MPO – MPO extremo a extremo

 

En general, los sistemas IA y HPC tienden a acomodar la ruptura de puertos en el mismo gabinete (Figura 6), aunque las capacidades pueden redistribuirse en dos (2) gabinetes, como se ilustra en la Figura 7, o incluso en (4) cuatro, manteniendo la flexibilidad de un sistema de cableado estructurado. Para la distribución en cuatro (4) gabinetes, se pueden intercambiar los componentes de los lados; es decir, los Cables  de Conversión se mueven al lado A y los jumpers MPO – MPO al lado B, C, D o E. Tenga en cuenta que, en este caso, al tener puertos dispersos en diferentes gabinetes, se utilizará un mayor número de hilos de fibra óptica; no obstante, se aprovechará la velocidad por carril desde y hacia cada puerto.

 

Figura 8. Configuración de ruptura de puertos distribuidos en diferentes gabinetes utilizando fibra multimodo MPO – MPO extremo a extremo

 

Tenga en cuenta que la hoja técnica del fabricante del transceptor y/o los requisitos de la red cableada del protocolo de transmisión definen la especificación del contacto físico angulado de los conectores multimodo que se conectan a este. Un ángulo de 8 grados permite reducir las reflexiones internas en los conectores acoplados y mantener así las especificaciones más altas del servicio. Este ángulo es necesario para los ejemplos de las figuras 6, 7 y 8.

 

Las opciones de cableado estructurado presentadas son referenciales, y buscan mejorar la administración y escalabilidad del sistema, no obstante, pueden combinarse con otras iniciativas de interconexión de cableado Direct Attached, como los cables DAC, AEC, ACC y cables AOC, ampliamente aceptados por la industria y arquitecturas de referencia de los fabricantes de equipos. En Siemon apoyamos las iniciativas de conectividad y cableado para despliegues eficientes, de alto rendimiento y escalables.