White Paper Migração para um data center de 40 Gbps com a tecnologia QSFP BiDi da Cisco Resumo Como resultado da consolidação do data center, da virtualização do servidor e de novos aplicativos que exigem taxas de transporte de dados mais altas, a rede de data center está migrando para 10 Gbps na camada de acesso e 40 Gbps na camada de agregação. Os dispositivos de rede de alta densidade e alto desempenho de 10 e 40 Gbps, como os switches da plataforma Cisco Nexus 9500 e 9300, agora estão disponíveis a preços atraentes para esta transição. Entretanto, para comportar a conectividade de 40 Gbps, os arquitetos de data center são confrontados com a necessidade de uma grande atualização de infraestrutura de cabeamento, que pode ser muito cara ou problemática, a fim de permitir que os data centers adotem e migrem rapidamente para a tecnologia de 40 Gbps. A Cisco resolve este problema com a inovadora tecnologia QSFP (Quad Small Form-Factor Pluggable) BiDi (bidirectional, bidirecional) de 40 Gbps, que permite a migração sem custos de fibra ao reutilizar o cabeamento de 10 Gbps atual para a conectividade de dispositivos de 40 Gbps. Este documento apresenta o transceptor QSFP BiDi de 40 Gbps da Cisco e demonstra a economia que ele oferece aos clientes para a migração para 40 Gbps. Desafios com os transceptores de 40 Gbps atuais Os transceptores de SR (Short-Reach, curto alcance) atuais para conectividade de 40 Gbps em um formato QSFP, como o QSFP SR4 e o QSFP CSR4, usam seções independentes de transmissor e receptor, cada uma com 4 fios de fibra em paralelo. Para uma conexão de 40 Gbps bidirecional, são necessários 8 fios de fibra. O QSFP SR4 e o QSFP CRS4 usam conectores MPO de 12 fibras (MPO-12F). Como resultado, são desperdiçados 4 fios de fibra em cada conexão. A Figura 1 mostra as soluções QSFP de 40 Gbps de curto alcance atuais. 2013 Cisco e/ou suas afiliadas. Todos os direitos reservados. Este documento contém informações públicas da Cisco. Página 1 de 7
Figura 1. Conceito dos transceptores de 40 Gbps atuais Com os transceptores QSFP atuais, cada conexão direta entre dois dispositivos exige um cabo MPO-para-MPO de 12 fibras. No caso de cabeamento estruturado com patch panels e troncos de fibras, uma conexão de 40 Gbps precisa de fibras MPO-para-MPO entre dispositivos e patch panels e 4 MMFs (Multimode Fibers, fibras multimodo) bidirecionais no tronco da fibras. Na maioria das redes de data center atuais, a infraestrutura de fibras de agregação é criada para a conectividade de 10 Gbps, que comporta conexões diretas entre dispositivos por MMF de LC-para-LC ou usa fibras de LC-para- LC para conectar os dispositivos aos patch panels, e oferece uma fibra MMF bidirecional no tronco da fibra para cada conexão de 10 Gbps. A conectividade de 40 Gbps que usa transceptores de 40 Gbps tradicionais não pode reutilizar as fibras de conexão direta de LC-para-LC. Ela também exige uma densidade de fibra de quatro a seis vezes maior nos troncos de fibras para atender aos requisitos de uma conexão de 40 Gbps. Essas características fazem com que seja caro para os clientes migrarem da conectividade de 10 Gbps para a conectividade de 40 Gbps em seus data centers atuais. Solução com o QSFP BiDi de 40 Gbps da Cisco O transceptor QSFP BiDi da Cisco lida com os desafios impostos pela infraestrutura de fibras oferecendo o recurso de transmissão de tráfego de 40 Gbps full-duplex por um cabo de MMF bidirecional com conectores de LC. Em outras palavras, o transceptor QSFP BiDi da Cisco permite que a conectividade de 40 Gbps reutilize as fibras de 10 Gbps de conexão direta e o tronco de fibras atuais, sem a necessidade de adicionar nenhuma fibra. O transceptor QSFP BiDi da Cisco (QSFP-40G-SR-BD) é um transceptor óptico de curto alcance que disponibiliza 40 Gbps por uma MMF OM4 ou OM3 bidirecional. Ele apresenta conformidade com MSA. A Figura 2 mostra um transceptor QSFP BiDi da Cisco. Figura 2. Transceptor QSFP BiDi da Cisco (QSFP-40G-SR-BD) 2013 Cisco e/ou suas afiliadas. Todos os direitos reservados. Este documento contém informações públicas da Cisco. Página 2 de 7
O transceptor QSFP BiDi da Cisco possui dois canais de 20 Gbps, cada um transmite e recebe simultaneamente dois comprimentos de onda por um único fio de MMF. O resultado é um link de 40 Gbps bidirecional agregado em uma fibra bidirecional com dois fios de MMF. O QSFP BiDi da Cisco usa conectores LC bidirecionais. A conexão pode alcançar 100 metros em MMF OM3 ou 125 metros em MMF OM4. O número de peça da Cisco para o transceptor QSFP BiDi da Cisco é QSFP-40G-SR-BD. A Figura 3 mostra o conceito da tecnologia do transceptor QSFP BiDi da Cisco. Os produtos Cisco que comportam interfaces 40 Gigabit Ethernet, como os switches Cisco Nexus 9000 Series, comportam o transceptor QSFP BiDi. Para obter uma lista completa dos produtos compatíveis, consulte a página de produto do Transceptor óptico de 40 Gigabit da Cisco em http://www.cisco.com/en/us/products/ps11708/index.html. Figura 3. Conceito do transceptor QSFP BiDi Economia com o QSFP BiDi da Cisco ao migrar de 10 Gbps para 40 Gbps Esta seção apresenta vários estudos de caso para demonstrar a economia alcançada ao usar o QSFP BiDi da Cisco para conectividade de 40 Gbps em redes de data center. Os estudos de caso mostram como a tecnologia QSFP BiDi da Cisco pode remover as barreiras de custo para a migração e expansão da cobertura de cabeamento de 10 Gbps atual para a infraestrutura de 40 Gbps, para oferecer uma taxa de dados mais alta na rede de data center. Estudo de caso 1: 288 conexões de 40 Gbps com cabeamento não estruturado Em um sistema de cabeamento não estruturado, os dispositivos são conectados diretamente com cabos de fibra. Este design de conexão direta pode ser usado para conectar dispositivos em distâncias curtas em uma rede de data center. Como mostrado na Figura 4, a conexão direta entre dois dispositivos de 40 Gbps pode ser oferecida por cabos de MMF com transceptores QSFP SR4 ou QSFP BiDi nas duas extremidades. Figura 4. Conexões de 40 Gbps diretas O transceptor QSFP SR4 usa conectores MPO-12F, enquanto o QSFP BiDi da Cisco usa conectores LC. As conexões de 10 Gbps atuais normalmente são constituídas por cabos MMF com conectores LC. Portanto, com os transceptores QSFP SR4, nenhum dos cabos de MMF de 10 Gbps atuais pode ser reutilizado, porque os tipos de conectores são diferentes. O QSFP BiDi da Cisco permite a reutilização do cabo, resultando na migração sem custo de cabeamento de conexões de 10 Gbps diretas para conexões de 40 Gbps diretas. 2013 Cisco e/ou suas afiliadas. Todos os direitos reservados. Este documento contém informações públicas da Cisco. Página 3 de 7
A Tabela 1 resume os custos e economias da migração de 288 conexões diretas atuais. Para migrar as 288 conexões de 10 Gbps atuais para conexões de 40 Gbps, o QSFP BiDi da Cisco não exige novos gastos com cabos. Em comparação com os transceptores QSFP SR4, o QSFP BiDi da Cisco reduz 100% os custos e oferece economia de até US$ 290 por porta de 40 Gbps. Tabela 1. Migração das conexões atuais de cabeamento direto de 10 Gbps para 40 Gbps Custo do cabo de fibra * 30 m 60 m 100 m QSFP SR4 (288 x conectores de 12 fibras) (US$) US$ 32.058 US$ 53.562 US$ 83.412 QSFP BiDi da Cisco (288 x conectores de 2 fibras) (US$) US$ 0 US$ 0 US$ 0 Economia (US$) US$ 32.058 US$ 53.562 US$ 83.412 Economia por porta de 40 Gbps (US$) US$ 111 US$ 186 $290 Porcentagem da redução de custo (US$) 100% 100% 100% * Este exemplo é baseado em estimativas de custos reais. O custo do transceptor não está incluído. Para o caso em que 288 novas conexões diretas de 40 Gbps são necessárias, além da infraestrutura de cabeamento atual, para uma migração ou expansão de data center, a Tabela 2 resume os custos e economias de 288 novas conexões usando o QSFP BiDi da Cisco, em vez de transceptores QSFP SR4. O QSFP BiDi da Cisco reduz até 77% os custos e oferece economia de até US$ 221 por porta de 40 Gbps. Tabela 2. Nova implantação de cabeamento direto de 40 Gbps Custo do cabo de fibra * 30 m 60 m 100 m QSFP SR4 (288 x conectores de 12 fibras) (US$) US$ 32.058 US$ 53.562 US$ 83.412 QSFP BiDi da Cisco (288 x conectores de 2 fibras) (US$) US$ 7.884 US$ 12.966 US$ 19.647 Economia (US$) US$ 24.174 US$ 40.599 US$ 63.765 Economia por porta de 40 Gbps (US$) US$ 84 US$ 141 US$ 221 Porcentagem da redução de custo 75% 76% 77% * Este exemplo é baseado em estimativas de custos reais. Estudo de caso 2: 384 conexões de 40 Gbps com cabeamento estruturado Sistemas de cabeamento estruturado geralmente são implantados em redes de data center para oferecer infraestrutura de cabeamento flexível e escalável. O cabeamento estruturado usa patch cords curtos para conectar dispositivos a um patch panel e instala troncos de fibras para consolidar os cabos em um local central, obtendo assim uma conectividade adicional, ou para direcioná-los para outro patch panel ao qual os dispositivos remotos estão conectados. A Figura 5 mostra um exemplo simples de um design de cabeamento estruturado de 10 Gbps. Figura 5. Exemplo simples de cabeamento estruturado de 10 Gbps 2013 Cisco e/ou suas afiliadas. Todos os direitos reservados. Este documento contém informações públicas da Cisco. Página 4 de 7
Para a migração de um data center com um sistema de cabeamento de 10 Gbps estruturado, a tecnologia QSFP BiDi da Cisco permite que o sistema de cabeamento atual, incluindo os patch cables, os patch panels com módulos de LC MTP/MPO e troncos de fibras, seja reutilizado para conectividade de 40 Gbps. Em contrapartida, os transceptores QSFP SR4 necessitam de novos patch cables e patch panels, porque os tipos de conectores são diferentes e o tamanho do tronco de fibras precisa ser quadruplicado. Este estudo de caso examina um design de estrutura de duas camadas sem bloqueio (Figura 6) que oferece 1.536 portas de borda da rede de 10 Gbps em sua camada de folha. Sua camada de coluna é composta por dois switches Cisco Nexus 9508, e sua camada de folha é composta por 32 switches Cisco Nexus 9396PX, cada um com seis links de 40 Gbps para cada Cisco Nexus 9508 da coluna. No total, são 384 links de 40 Gbps entre as camadas de folha e coluna. Figura 6. Exemplo de rede de duas camadas Se 384 conexões de 10 Gbps forem reutilizadas para construir essa rede, não será necessária nenhuma despesa extra com cabeamento se os transceptores QSFP BiDi da Cisco forem usados para todos os links de 40 Gbps. Portanto, este cenário oferece uma economia de 100% em comparação com o custo da reconstrução do sistema de cabeamento usando transceptores QSFP SR4, incluindo o custo de novos patch cables, novos patch panels e expansão do tronco de fibras atual. Se o cabeamento para essa rede for uma expansão do sistema de cabeamento atual, as 384 conexões de 40 Gbps podem ser criadas usando cabos de MMF e transceptores QSFP SR4 ou QSFP BiDi. As Figuras 7 e 8 mostram, respectivamente, um exemplo de design de cada opção. As Tabelas 3 e 4 oferecem estimativas de custo reais para estes dois designs. O custo por conexão de 40 Gbps é calculado primeiro e, em seguida, o custo de 384 conexões de 40 Gbps é extrapolado. Como mostram as tabelas, o design com o QSFP BiDi da Cisco oferece uma economia de aproximadamente 76% em relação aos transceptores QSFP SR4, o que é equivalente a uma economia de US$ 1.717 por conexão de 40 Gbps. Figura 7. Cabeamento estruturado de 40 Gbps com transceptores QSFP SR4 2013 Cisco e/ou suas afiliadas. Todos os direitos reservados. Este documento contém informações públicas da Cisco. Página 5 de 7
Tabela 3. Custo da infraestrutura de cabo estruturado de 40 Gbps com transceptores QSFP SR4 Infraestrutura de cabo estruturado de 40 Gbps usando transceptores QSFP SR4 Cabeamento de tronco MPO-MPO de 12 fibras (90 m) (são necessárias apenas 8 fibras para o QSFP SR4) Preço unitário (Preço da lista do fabricante em US$) Quantidade US$ 1.844 0,67 US$ 1.229 Módulo de tronco MPO-MPO de 12 fibras US$ 525 0,67 US$ 350 Cabo de ligação de MPO de 12 fibras $ 340 2.00 US$ 680 Preço proporcional da fibra por link de 40 Gbps com 100 m US$ 2.259 Preço da fibra extrapolado para 384 conexões com links de 40 Gbps com 100 m Preço estendido (Preço da lista do fabricante em US$) US$ 867.500 Figura 8. Cabeamento estruturado de 40 Gbps com transceptores QSFP BiDi Tabela 4. Custo da infraestrutura de cabo estruturado de 40 Gbps com transceptores QSFP BiDi Infraestrutura de cabo estruturado de 40 Gbps usando transceptores QSFP BiDi Cabeamento de tronco MPO-MPO de 12 fibras (90 m) (são necessárias apenas 2 fibras para o QSFP BiDi) Preço unitário (Preço da lista do fabricante em US$) Quantidade US$ 1.844 0,17 US$ 307 Módulo de tronco MPO-LC de 12 fibras US$ 525 0,17 US$ 88 Cabo de ligação de LC de 12 fibras US$ 75 2,00 US$ 150 Preço proporcional da fibra por link de 40 Gigabit Ethernet com 100 m Preço extrapolado da fibra por link de 40 Gigabit Ethernet com 100 m Preço estendido (Preço da lista do fabricante em US$) US$ 545 US$ 209.300 Conclusão A tecnologia QSFP BiDi da Cisco remove as barreiras de custo do cabeamento de 40 Gbps para migração da conectividade de 10 Gbps para 40 Gbps em redes de data center. Os transceptores QSFP BiDi da Cisco oferecem conectividade de 40 Gbps com enorme economia e simplicidade em comparação com outros transceptores QSFP de 40 Gbps. O transceptor QSFP BiDi da Cisco permite que as empresas migrem a infraestrutura de cabeamento de 10 Gbps atual para 40 Gbps sem custos, bem como expandam a infraestrutura com baixo investimento de capital. Juntamente com os switches Cisco Nexus 9000 Series, que apresentam preços atraentes para dispositivos de rede, a tecnologia QSFP BiDi da Cisco oferece uma solução econômica para a migração da infraestrutura de 10 Gbps para 40 Gbps. 2013 Cisco e/ou suas afiliadas. Todos os direitos reservados. Este documento contém informações públicas da Cisco. Página 6 de 7
Para mais informações Para obter mais informações sobre o transceptor BiDi de 40 Gbps da Cisco, acesse http://www.cisco.com/en/us/products/ps11708/index.html. Impresso nos EUA C11-729493-00 11/13 2013 Cisco e/ou suas afiliadas. Todos os direitos reservados. Este documento contém informações públicas da Cisco. Página 7 de 7