martes, 1 de noviembre de 2011

Ethernet Gigabit 40G y 100G mediante fibra óptica OM4

Conector de Fibra Optica MPO
La evolución tecnológica ha llevado al desarrollo de nuevos estándares de 40/100 Gigabit Ethernet (40G y 100G) para fibra óptica, pero con la diferencia con su predecesora 10Gbe, que tanto 40G como 100G ya no son tecnologías de transmisión serial. Ahora de usa un método de transmisión multilínea con enlaces paralelos 10G,  permitiendo el uso de la fibra OM4 para soportar esta aplicación. Por otro lado los conectores LC ya no son una opción viable. Tanto 40G como 100G utilizan la interfaz MPO (Multifiber Push–On Connector), definida por el estándar ANSI/TIA/EIA–568–C.3 e IEEE 802.3ba.

El estándar Ethernet de 40G (40GBASE-SR4) fue aprobado en junio de 2010 por el comité del IEEE 802.3ba, estableciendo una distancia del canal de 150 metros y sobre un cable de fibra óptica OM4 como comentábamos. Dentro de las especificaciones destacan las pérdidas máximas permitidas del conector de 1 dB, y que la tasa de error de bit sea inferior de 10-12. Para el estándar de 40G se requieren 4 canales dúplex de 10G cada uno, con 4 fibras en modo Tx (Transmisión) y 4 fibras en modo Rx (Recepción). Para ello se pueden usar las 4 primeras fibras y las últimas 4 del conector MPO. Los enlaces de 40G  se espera empiecen a utilizarse en forma masiva a nivel de Data Centers en los próximos años. Aunque el estándar defina una distancia máxima de 150 metros, ya hay fabricantes  como RyM que han conseguido hacer demostraciones hasta 550 metros. En teoría un enlace a 40G será más barato según se vaya comercializando, y por otro lado presenta ventajas a nivel de enlace y control respecto a los protocolos  usados hasta ahora de agregación de ancho de banda.

Esquema del canal de comunicaciones 40G

Para el estándar de 100G, también aprobado, contamos con varias posibilidades, teniendo en cuenta que necesitamos 10 canales dúplex de 10G, con 10 fibras en modo Tx y otras 10 fibras en modo Rx. Las opciones son utilizar un conector MPO de 24 fibras, o bien usar dos conectores MPO de 12 fibras cada uno. En cualquier caso, se deben usar las 10 fibras más centrales de cada conector. Veremos en el futuro la evolución de este tipo de tecnología dados los requerimientos de infraestructura y electrónica que precisa.
La fibra OM4 surgió como necesidad de un segmento del cableado que debía ser cubierto con fibras ópticas monomodo hasta entonces, con el consiguiente mayor costo involucrado en las terminaciones de la fibra y la electrónica asociada a los equipos activos. La fibra óptica OM4 es una fibra de banda ancha multimodo de 50µm optimizada para láser, se llaman así a las fibras multimodo que están diseñados específicamente para un rendimiento óptimo cuando se utiliza con láser VCSEL (vertical-cavidad-Superficie-Emitting-Lasers) de bajo coste. Esta fibra óptica OM4 cuyo ancho de banda modal efectivo EMB (Effective Modal Bandwidth) es de 4700 MHz•km @ 850 nm,  la mayoría de fabricantes ofrece un EMB alrededor de los 5000 MHz•km. Esto permite a la tecnología 10G alcanzar distancias de hasta 550 metros, y garantizar como mínimo 150 metros en 40G y 100G.

En general Las fibras multimodo se identifican por la OM (del inglés modo de óptica), según  la designación que se indica en la norma ISO/IEC 11801 sobre los sistemas de cableado estructurado (SCE). La TIA/EIA aprobó la especificación OM4 en el documento IEC 60793-2-10, donde OM4 aparece como el  tipo de fibra A1a.3. En el siguiente listado se indican brevemente las clasificaciones básicas:
  • OM1: fibra óptica con EMB de 200 MHz•km en la banda de 850/1300nm, generalmente del tipo 62.5/125µm.
  • OM2: fibra óptica con EMB de 500 MHz•km en la banda de 850/1300nm, generalmente fibra del tipo 50/125 µm. Diseñado para la transmisión a 1G.
  • OM3: fibra óptica de 50 µm optimizada para láser con EMB de 2000/500 MHz•km en la banda de 850/1300 nm. Diseñado para la transmisión a 10G.
  • OM4: fibra óptica de 50 µm optimizada para láser con EMB de 4700/500 MHz•km @ 850 nm. Diseñado para transmisión a 10 G, 40 G, y 100G.

Tabla comparativa de tipos de fibra óptica


En general un avance en la tecnología de redes  implica tanto a los fabricantes de cableados como los de la electrónica de red. Por tanto los estándares que definen la infraestructura física, sirven de base para posibilidades que puedan aprovechar los estándares de comunicaciones en cuanto a velocidad y electrónica. Aunque últimamente parece haber una carrera para ver quién decide antes la referencia, y las especificaciones que se han de cumplir los otros.

El fabricante Altera dispone de integrados para el diseño de interfaces de 40G y 100G. Algunos fabricantes de cableado donde encontrar información sobre productos compatibles puede ser AMPBrand-Rex, Nexans, Ortronics, Panduit, Siemon, etc. En cuanto a electrónica de red son los grandes fabricantes quienes ya soportan este tipo de tecnología, y que disponen de productos comerciales a la venta, como Cisco, Enterasys, Extreme Networks, HP, etc. En la última gráfica se puede ver la evolución prevista de la venta de transceptores ópticos, donde incluso los de 100G superarán en cifras a los de 40G

Aunque existe hace tiempo la especificación 10G en cobre, también se desarrolla la 40G y 100G, aunque para esto en necesario contar con cableado Cat6a y Cat7a, y está pensado para distancias muy cortas, principalmente en CPD y equipos de interconexión.. De momento no parece tan claro la adopción de 40G en cobre, dado que para los CPD la solución de 10G ya comentada cubre las necesidades actuales. Aunque al ritmo que vamos es muy probable que lo habitual sea tener servidores con conexiones de red a 40G y varias líneas de troncal a 100G.

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En continua evolución... ¿o no?