A la espera de Ethernet a 100 Gbps

La próxima velocidad de Ethernet serán los 100 Gbps. Según las previsiones de IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), la normalización de la nueva tecnología, que soportará 100 Gbps sobre Ethernet a distancias de hasta 9,6 Kilómetros sobre fibra óptica monomodo y de hasta 100 metros sobre fibra multimodo, estará lista en 2009 o 2010.

El crecimiento de las velocidades de Ethernet parece no tener límite. A partir de su capacidad original de 10 Mbps, ha ido progresivamente evolucionando para ofrecer anchos de banda de 100 Mbps (Fast Ethernet), 1 Gbps (Gigabit Ethernet) y 10 Gbps (10 Gigabit Ethernet). El pasado mes de julio, un grupo de más de cincuenta empresas –incluidas Cisco, Google, HP, Sun, Verizon y Yahoo- decidieron unirse para fomentar la creación del grupo Higher Speed Study Group (HSSG) dentro del instituto de estandarización IEEE. Su objetivo era estandarizar el funcionamiento de Ethernet más allá de los 10 Gbps definidos por el estándar de mayor velocidad para esta tecnología hasta el momento.

El grupo de estudio barajó la posibilidad de evolucionar a distintas velocidades, incluidos los 40 Gbps que, aunque aún no estandarizados, algunos suministradores, como Foundry y Cisco, aseguran soportar ya en determinados productos. Otras alternativas proponían los 80 Gbps y los 100 Gbps. En noviembre HSSG dio a conocer su decisión y adelantó una previsión de su calendario para avanzar hacia el nuevo estándar.

En primer lugar, el grupo optó por perseguir los 100 frente al resto de las alternativas. Este objetivo consiguió sin problemas el 75% de los votos requeridos. Para tomar la decisión, sus miembros sopesaron el tiempo y el esfuerzo requerido para conseguir estandarizar cada una de las velocidades propuestas frente a su aptitud para satisfacer las necesidades que, presumiblemente, existirían cuando la especificación se hiciera finalmente disponible.

Una vez conseguido el consenso sobre cuál será la velocidad a perseguir, el siguiente paso consiste en crear 100G Ethernet Task Force, un grupo de trabajo que se encargará de definir el estándar de manera que resulte técnicamente factible y económicamente viable, según explica John D´Ambrosia, presidente de IEEE HSSG, y experto en tecnología de componentes de Force10 Networks. D´Ambrosia prevé que el grupo de trabajo quedará constituido en julio de este año y el estándar definitivo aparecerá hacia 2009 o 2010. Antes deberá pasar el proceso de aceptación de la organización 802 de IEEE, que abarca al conjunto de grupos de trabajo sobre estándares de networking del instituto y bajo gobierno queda cualquier tecnología dentro de este ámbito, desde Ethernet cableada o Token Ring, hasta las LANs inalámbricas o WiMAX.

Respondiendo a una creciente demanda
Cada vez que se ha producido un nuevo aumento de la velocidad de Ethernet el mercado se ha planteado si los nuevos anchos de banda eran realmente necesarios, y, generalmente los desarrollos han sido realizados con vistas a requerimientos que sólo se han ido materializando con el tiempo. Sin embargo, Ethernet se ha extendido ya de manera evidente más allá de las redes internas de las empresas para convertirse en una tecnología utilizada por la inmensa mayoría de los proveedores de servicios en Internet. Son sobre todo los requerimientos de las empresas que centran su negocio en la prestación de servicios online los que han hecho que, por primera vez, el aumento de velocidad cuente cuatro años antes de la fecha en que previsiblemente estará disponible con un potencial de mercado más que considerable.

Así, ante la pregunta de ¿quién necesitará mover tráfico a 100.000 millones de bits por segundo? , cabe responder hoy que una inmensa cantidad de negocios la requieren ya, empezando por los grandes consumidores de ancho de banda que prestan servicios de consumo a través de Internet, como YouTube –que emite vídeo bajo demanda a millones de usuarios-, continuando por los sitios de intercambio Internet más concurridos, y siguiendo por los laboratorios gubernamentales o privados, el sector sanitario y, en general, casi todos los grandes centros de datos corporativos.

Las capacidades de generación de contenido están incrementándose rápidamente tanto en las aplicaciones de consumo como en los entornos empresariales. El nuevo estándar permitirá aumentar significativamente las capacidades de Internet para soportar tráfico a alta velocidad, algo que se ha convertido a todas luces en una imperiosa necesidad, en gran parte, como resultado de la proliferación del vídeo IP y de las aplicaciones intensivas en transacciones tipo Web 2.0 sobre la Red.

“Hay muchas aplicaciones donde ya se está viendo emerger la necesidad de 100G. Los ejemplos incluyen sitios de intercambio en Internet orientados a los consumidores, los operadores y los entornos de informática de alto rendimiento. En el segmento de consumo, la necesidad se hace especialmente palpable cuando se analiza la situación de los distribuidores de contenidos personalizados, con servicios de entrega de vídeo tipo YouTube, de televisión sobre IP (IPTV) o de televisión de alta definición (HDTV). Sin olvidar el vídeo bajo demanda en entornos empresariales. Todos estos contextos están motivando la urgente necesidad de anchos de banda mucho mayores que los actualmente disponibles”, indica D´Ambrosia.

“El tráfico en Internet se está duplicando cada doce o catorce meses. Si la industria no llega pronto con una solución, nos veremos limitados por el ancho de banda”, asegura Lane Patterson, CTO del operador californiano de intercambio en Internet Equinix.

Por su parte, en el sitio Web YouTube, el tráfico en los picos de demanda está alcanzando los 25 Gbps y la compañía espera que pronto salte a los 75 Gbps. “El tráfico de usuario en nuestro sitio aumenta continuamente. De momento, vamos añadiendo varios circuitos a 10 Gbps cada mes para poder asimilarlo, pero pronto esto no será suficiente”, indica Colin Corbett, director de networking de la organización.

Muchos hablan del fenómeno YouTube como uno de los principales motores para el desarrollo del estándar 100G Ethernet. “YouTube es un ejemplo paradigmático, dado que está experimentando aumentos de tráfico del 20% mensual y se ve forzada a añadir constantemente enlaces 10G para soportar ese crecimiento. Pero no es el único ejemplo”, explica D´Ambrosia.

Según D´Ambrosia, el grupo de estudio ha tenido que justificar el proyecto de estándar atendiendo a cinco criterios; en concreto, la amplitud de mercado potencial, la compatibilidad, la factibilidad técnica, la viabilidad económica y el que se trate de una especificación con una identidad diferente a las ya existentes. Y uno de los criterios más importantes era precisamente la amplitud del mercado potencial. “No se genera una especificación para un cliente. Aunque YouTube es uno de los proveedores de contenido sobre los que más se habló, ciertamente no fue el único. Por otra parte, en nuestro análisis comprobamos que los más grandes superordenadores pueden aprovechar ese ancho de banda”.

100G Ethernet en la empresa
También en las redes empresariales con grandes centros de datos empezará pronto, si no lo ha hecho ya, a percibirse la necesidad de 100G Ethernet. “Personalmente, conozco un director de TI de una empresa del sector de la construcción para el que la disponibilidad de soluciones 100G sería en estos momentos una buena noticia, debido al elevado consumo de ancho de banda de los informes generados por la aplicación vertical que utiliza. Cada informe consume alrededor de 30 Mbps o 40 Mbps. De momento ha creado un enlace de 60G recurriendo a la agregación para poder gestionar la carga, pero le preocupa que nuevas plataformas, como Windows Vista, desborden pronto sus capacidades. De hecho, ya está analizando la oferta de estaciones de trabajo con soporte de 10 Gigabit Ethernet”. Y, lógicamente, cuando estas estaciones de trabajo se hayan introducido, 100G Ethernet a nivel de troncal no será una capacidad ni mucho menos excesiva.

Un sector donde la exigencia de un aumento en el ancho de banda de las redes se hace especialmente clara es el de la salud. Los avances tecnológicos como MRI (Magnetic Resonance Imaging) permiten ver las imágenes médicas de los pacientes desde cualquier lugar en tiempo real, pero, obviamente ello implica un consumo masivo de capacidad en la red. Existen compañías de este sector que generan y transmiten datos de escáner MRI que alcanzan ya los 500 MB por hora y los 11 TB por día. Además, los profesionales que trabajan en el trazado del genoma humano, y que ya generan cantidades ingentes de datos, podrían utilizar 100G Ethernet para compartir sin problemas de ancho de banda a través de la red información entre distintos grupos de investigación universitarios.

Asimismo, 100G Ethernet será sin duda de gran ayuda en las estrategias de backup y recuperación ante desastres que están siendo implementadas por un creciente número de empresas. En general, todos los datos que se crean y consumen a nivel personal y profesional en la sociedad de la información deben ser almacenados, protegidos, y, cada vez más, compartidos, lo cual está teniendo incuestionablemente un dramático impacto sobre las redes que el tiempo no hará sino acentuar.

Agregación de enlaces, una solución transitoria
Tan urgente es la necesidad de un incremento importante en los anchos de banda disponibles que muchas organizaciones han optado por recurrir a la agregación de enlaces como medio de conseguirlo; aunque, según los expertos, se trata de una solución transitoria no exenta de inconvenientes.

“Es posible agrupar varias conexiones 10G para crear un enlace de mayor capacidad, pero las necesidades están sobrepasando los límites que este sistema puede alcanzar. La agregación de enlaces sólo escala hasta un determinado nivel sin dar problemas. Algunos expertos hablan de dos, otros de cuatro y otros de hasta ocho enlaces como máximo. A partir de este nivel, empiezan a aparecer inconvenientes de gestión y troubleshooting, entre otros”, según D´Ambrosia.

Y, ciertamente, aunque por ejemplo muchos proveedores de contenido, incluido YouTube, están ya utilizando el estándar 802.3ad de IEEE para conseguir agregar enlaces y lograr así hoy velocidades de 100 Gbps en entornos Ethernet, reconocen que se trata de una solución provisional. La agregación resulta pues una alternativa compleja y costosa de gestionar que impide a los responsables de TI de las empresas seguir uno de los principios más sagrados para llevar a cabo su trabajo: simplificar la red y reducir los costes operativos.

Velocidad sin precedentes
A pesar de que de todo lo anterior cabe deducir la impaciencia con que el mercado espera 100G Ethernet, lo cierto es que el reto que IEEE asume para tener listo el estándar en un plazo máximo de cuatro años es tremendamente ambicioso. Generalmente, este organismo tarda más de cuatro años en aprobar una nueva especificación final, y, para complicar las cosas, en este caso deberá llevar Ethernet a una velocidad que actualmente no existe bajo ningún estándar. Los saltos que se han producido en el pasado en la velocidad de Ethernet –originariamente 10 Mbps- siguieron la senda abierta por otras tecnologías. Fast Ethernet se apoyó en el estándar FDDI a 100 Mbps; y 10G Ethernet utilizó como base SONET OC-192 a 9,9 Gbps. En cada caso, el estándar resultante tomó prestados componentes y técnicas de codificación utilizadas en los estándares existentes no-Ethernet. Pero 100G Ethernet deberá abrir su propia senda en un terreno virgen.

No obstante, aunque no existe un estándar 100 Gbps comparable que Ethernet pueda emular, el grupo de estudio HSSG tiene vislumbra ya la dirección que probablemente seguirá el desarrollo de la futura especificación. En concreto, en ella tendrá un especial protagonismo la transmisión de datos paralela: múltiples señales 10 Gbps viajando sobre múltiples de fibras o rutas, una alternativa que presenta ciertas similitudes, pero también importantes diferencias, respecto de la agregación 802.3ad.

Recientemente en una demostración multifabricante se realizó una posible implementación de este tipo de 100G Ethernet paralelo. A diferencia de la agregación de enlaces convencional, esta alternativa trabaja con 100G a nivel de MAC (Media Access Control).

En la prueba se utilizó una pila de protocolo 100G Ethernet pre-estándar que unía 10 enlaces Gbps y los transmitía sobre longitudes de onda ópticas diferentes. Durante la demostración, se utilizó un array programable de campo de Xylinx, consistente en un chip programable vía software que actuaba como el nivel físico MAC 100G Ethernet. El tráfico era transmitido desde este nivel a transceptores ópticos de corto alcance Finisar, los cuales dividían las señales en diez diferentes longitudes de onda aplicando multiplexación por división de onda.

Estas señales fueron enviadas sobre equipamiento DWDM de Infinera hasta el otro extremo del enlace, donde las diez longitudes de onda fueron recompuestas de forma que la transmisión parecía un único flujo de datos lógico. En la demostración se utilizó la red óptica de Level 3, que transmitió a 100 Gbps entre Houston (Texas) y Tampa (Florida).

Una tarea ambiciosa
De cualquier modo, a pesar de que el grupo de estudio HSSG confía en que podrán utilizarse algunas tecnologías ya disponibles para avanzar hacia el nuevo estándar, generalmente el proceso de estandarización de IEEE se prolonga durante más de cuatro años, por lo que tener disponible la especificación en 2010 no deja de constituir todo un reto, pese a que para las empresas cuyas redes se acercan al punto de saturación pueda suponer una espera excesiva. Además, 100G Ethernet supondrá la actualización de diversos componentes..

Muchas tecnologías deberán evolucionar para hacer realmente posible un despliegue completo de 100G Ethernet. “En primer lugar, será necesario escalar la capacidad de los conmutadores y la densidad de puertos para convertirlos en plataformas capaces de soportar múltiples puertos 40G o 100G”, según Corbett (YouTube). “Los blackplanes 10G no serán suficientes. Se requerirán nuevas tecnologías ópticas, de backplanes y de chips”, coincide D´Ambrosia.

Por su parte, Val Oliva, director de gestión de producto de la unidad Enterprise Business de Foundry, también subraya que resultará imprescindible evolucionar a múltiples niveles. “Cuando se trata de manejar paquetes a esa velocidad, se requiere una memoria de mayor velocidad para transferir los datos desde el enlace al procesador de paquetes. Y las velocidades de memoria no son hoy lo suficientemente rápidas para soportar 100G. No estamos hablando de procesamiento de 64-bit, sino de órdenes de magnitudes mucho mayores”.

También los procesadores deberán ser más rápidos. “Tendrán que construirse para superar los 100G, de igual manera que se ha sido preciso crear procesadores de 15G para soportar puertos 10G”, argumenta Oliva, quien no obstante se muestra optimista respecto a la velocidad con que las nuevas tecnologías serán puestas en el mercado. “Una vez reconocida la demanda de 100G, los componentes serán fabricados rápidamente; quizá en no más de uno o dos años”.

Con total seguridad, los fabricantes empezarán a trabajar en la nueva tecnología antes de la aprobación del estándar definitivo, por lo que se espera que los primeros productos aparezcan coincidiendo con su ratificación, en 2009 o 1010. Pero, en opinión de D´Ambrosia, en ese momento, si no antes, todo empezará de nuevo porque las velocidades continuarán aumentando. “El ciclo nunca termina. Nunca existirá un último Higher Speed Study Group. Cuando consigamos nuestro objetivo se emprenderá una nueva iniciativa para llevar la velocidad de Ethernet más allá de los 100 Gbps”.