Glasfaser für 40 und 100 Gigabit Ethernet
LWL im Rechenzentrum
Im Rechenzentrum sammeln sich alle Daten und Verbindungen eines Unternehmens. Wer heute über Gigabit Ethernet bis zum Arbeitsplatz nachdenkt, sollte die Backbones im Rechenzentrum auf jeden Fall für Datenraten bis 40 oder 100 GBit/s auslegen.
Für solche High-Speed-Verbindungen kommen nur noch laseroptimierte Fasern und ein Multiplex-System infrage, um die Daten parallel über mehrere Fasern zu transportieren. Darüber hinaus sind im Rechenzentrum Kriterien wie Ausfall- und Prozesssicherheit entscheidend. Somit setzen sich zunehmend vorkonfektionierte Lösungen mit Trunk- oder Ribbon-Kabeln und Mehrfachsteckern durch. Eine strukturierte Verkabelung nach DIN EN 50173-5 ermöglicht einen problemlosen Gerätetausch sowie Netzwerkerweiterungen. Die strukturierte Verkabelung sollte sich bis ins Rechenzentrum hinein erstrecken. DIN EN 50173-5 definiert für Rechenzentren eine Geräteanschlussverkabelung und eine geräteneutrale Bereichsverkabelung. In manchen Rechenzentren sind Switches manchmal noch direkt miteinander verbunden. Doch bei solchen Punkt-zu-Punkt-Verkabelungen ist bei einem Schnittstellenwechsel jeweils der Stecker auf der Datenleitung neu zu konfektionieren. Außerdem ist es bei solch einer Verkabelung besonders schwer, den Überblick zu behalten. Bei einer Bereichsverkabelung sind dagegen durchgängig eine Anschlusslösung und ein Kabel-Management möglich. Die Geräte werden dann über Patch-Kabel ans Netz angeschlossen. Für neue Schnittstellen am Switch reicht ein Tausch des Patch-Kabels. Manche Rechenzentrumsbetreiber schwören auf Singlemode-Fasern und setzen diese durchgängig im Rechenzentrum ein. Dies schafft zwar Bandbreitenreserven, ist jedoch erheblich teurer als Lösungen mit Multimodefasern. Allein der dafür nötige Fabry-Perot-Laser kostet um ein Vielfaches mehr als ein Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL). Diese Oberflächenemitter kommen heute üblicherweise bei Verkabelungen mit Multimode-Fasern zum Einsatz. Ab 40 Gigabit Ethernet übertragen Wellenlängenmultiplexsysteme die Daten bei Backbone-Verbindungen parallel über mehrere Fasern. Bei Singlemode-Fasern ist entscheidend, dass dafür Low-Waterpeak-Fasern gemäß ITU-T G652 C/D oder der Kategorie OS2 nach ISO/IEC 11801 verwendet werden. Denn ISO/IEC 11801 definiert für Parallelübertragungen das grobe Wellenlängenmultiplex (Coarse Wavelength Division Multiplex, CWDM) bei 1310 nm und Dense Wavelength Division Multiplexing (DVDM) bei 1550 nm. Dabei sind vier WDM-Pfade in einer Duplex-Singlemode-Faser geschaltet. Dies übernimmt ein optischer Transceiver in einem CFP-Modul. Solche CFP-Module sind bereits verfügbar. Die WDM-Pfade nutzen dabei das E-Band zwischen 1310 und 1550 nm. Doch in diesem Bereich erhöht der Waterpeak bei herkömmlichen Singlemode-Fasern drastisch die Dämpfung. Mit Low-Waterpeak-Fasern dagegen lassen sich 40-Gigabit-Ethernet-Daten mit CWDM bei 1310 nm zehn Kilometer weit übertragen, mit Dense Wavelength Division Multiplexing (DVDM) bei 1550 nm sogar 40 Kilometer weit. Bei 100 Gigabit Ethernet sind auf diese Weise Distanzen bis zehn oder 40 Kilometer realisierbar. Dies ist zum Beispiel für Campus-Verbindungen oder für Verbindungen zwischen Standorten relevant.
Biegeunempfindliche Fasern
Single- und Multimode-Fasern sind heute auch in biegeunempfindlicher Qualität erhältlich. Selbst bei Biegeradien von 15 oder gar 7,5 mm übertragen die Kabel die Daten mit diesen Fasern nahezu verlustfrei. Ein reduzierter Brechungsindex mit einer Grabenstruktur im Mantel wirft das Licht zurück in den Kernbereich. Dennoch sollten auch diese Fasern möglichst stressfrei verlegt sein: Der biegeoptimierte Mantel verhindert keine Faserbrüche. Zudem sind für diese Fasern noch keine Langzeiterfahrungen verfügbar.
Multimode-Fasern
Für Datenraten ab 10 GBit/s kommen nur noch laseroptimierte Multimode-Fasern der Kategorie OM3 und OM4 gemäß ISO/IEC 11801 in Frage. Da im Rechenzentrum kaum Distanzen über 300 Meter beziehungsweise 500 Meter nötig sind, genügen für 10GbE direkte Short-Reach-Verbindungen mit OM3 beziehungsweise OM4. Bei 40 Gigabit Ethernet ist ein Vierfachwellenlängenmultiplex nötig, um mit OM3-Fasern 100 Meter und mit OM4-Fasern 125 Meter zu überbrücken. Bei 100GbE sind zwei Multiplex-Varianten möglich: Mit einem Vierfachmultiplex lassen sich Distanzen bis 100 Meter (OM3) beziehungsweise 125 Meter (OM4) überbrücken. Darüber ist mit 100GBase-SR10 ein Zehnfachmultiplex definiert, das für die gleichen Distanzen mit einem Zehnfach-VCSEL-Array erreicht. Dort bietet sich auf jeden Fall der flache MPO- oder MTP-Steckverbinder in Kombination mit einem Ribbon- oder Bändchenkabel an.
Steckverbinder
Für Glasfaserverbindungen im Rechenzentrum sind Smallformfactor-Stecker (SFF-Stecker) weit verbreitet. Die Duplex-Steckverbinder haben in etwa die Maße eines RJ45 und bieten entsprechend hohe Packungsdichten. Am weitesten verbreitet ist der LC-Duplex, der in der Regel auch in den aktiven Komponenten verbaut ist. Vereinzelt findet man auch den E2000, den MTRJ oder alte SC-Steckverbinder. Den LC beispielsweise gibt es auch als Singlemode-Ausführung. Bei Singlemodefasern findet man zudem Stecker mit schräg geschliffener Stirnfläche (APC). Der Schrägschliff soll vermeiden, dass an der Oberfläche reflektiertes Licht wieder in den lichtführenden Kern einspiegelt. Um eine höhere Packungsdichte zu erhalten, kommen heute bei Schrank-zu-Schrank-Verbindungen in Rechenzentren durchweg Trunk-Kabel zum Einsatz, bei denen mehrere Fasern in einem Kabel verlaufen. In der Regel sind dabei bis zu 144 Fasern in einem Kabel möglich. Bei der Auswahl des Systems sollten die Techniker darauf achten, dass an den Enden bei der Aufteilung in die Einzelverbindungen ein robuster Metallaufteiler sitzt. Beim FODH-Aufteilsystem von Easylan schützt beispielsweise ein wasserdichter, trittfester Drahtriffelschlauch die Konfektion und dient zugleich als Einzughilfe und Puffer bei ruckartigen Zugbewegungen. Um die Konfektion noch stärker vereinfachen und auch die Packungsdichte noch weiter zu erhöhen, brachten einige Hersteller Trunk-Kabellösungen mit vorkonfektionierten Mehrfachsteckern auf den Markt. Viele davon bieten sechs Ports in einem Stecker. Sie eignen sich nicht nur für direkte Schrank-zu-Schrank-Verbindungen, sondern vor allem auch für Multiplexlösungen. Bei einem Vierfachmultiplex bleiben zwei Verbindungen in Reserve, etwa für den Fall eines Faserbruchs oder Port-Ausfalls. Die vormontierte Lösung hat außerdem den Vorteil, dass die sechs Verbindungen im Trunk-Kabel gleich lang sind und die Latenz bei der Parallelübertragung gering bleibt. Vorkonfektionierte Kabel bieten sich generell im Rechenzentrum an, weil sie deutlich geringere Verweilzeiten benötigen. Das Spleißen vor Ort entfällt, und auch die Montage ist reduziert. Beim Easylan-System HDS zieht der Installateur nur die Trunk-Kabel ein und schraubt die Module in einen Einbaurahmen. Die Lösung besteht aus einem LWL-Trunk-Kabel, das beidseitig mit je einem kompakten 6-Port-Modul konfektioniert ist. Diese Module fassen sechs LC-Duplex-Anschlüsse. Die Kabel sind mit OM3- und OM4-Multimodefasern jeweils in der vorgegebenen Einfärbung Aqua und Magenta erhältlich. Darüber hinaus gibt es Verbindungen mit OS2-Singlemode-Fasern und LC-Duplex-Modulen mit PC-Stirnflächen (Physical Contact) in blau sowie APC-8-Stirnflächen (Angeled Physical Contact) in grün. Der Anwender kann die Module in einem Einbaurahmen mischen und das sogar mit den Kupfer-Modulen des Systems. Er erreicht immer die maximale Packungsdichte von bis zu 28 Modulen oder 168 Ports auf drei Höheneinheiten. Es gibt passende Einbaurahmen in 19-Zoll-Technik sowie für den Unterflureinbau. Dort sind dann Packungsdichten von bis zu 18 Ports in einem GB3-Träger von Ackermann möglich. Das HDS-Produkt ist derzeit zertifiziert für 10GBase-SR/SW und 10GBase-ER/EW. Da bei Multiplexanwendungen für 40GbE die Leitungen je nur 10 GBit/s übertragen, ist HSD auch dafür nutzbar. Sollte ein Unternehmen High-Performance-Computing-Verbindungen mit 100GbE betreiben wollen, ist auch dies mit HDS möglich und auf jeden Fall preiswerter als eine Lösung, die auf einem Zehnfachmultiplex mit einem Array von zehn VCSELs basiert. Dies ermittelte zumindest eine Arbeitsgruppe bei IEEE 802.3ba. Wer dennoch ein Zehnfachmultiplex bevorzugt, sollte dafür eine vorkonfektionierte Verkabelungslösung mit flachen Ribbon-Kabeln und 12-Port-MPO/MPT-Steckverbindern einsetzen, was ebenfalls mit HDS möglich ist. Auch dabei hat der Anwender dann zwei Duplex-Verbindungen in Reserve. Am preiswertesten sind übrigens laut IEEE 801 100GbE-Verkabelungen auf Singlemode-Basis, da dazu nur ein Faserpaar erforderlich ist. Die meisten der 100GbE-Varianten sind allerdings voraussichtlich erst ab 2014 erhältlich.
Am besten vorkonfektioniert
Grundsätzlich reduzieren vorkonfektionierte Lösungen Risiken: Die Stecker werden in einer kontrollierten Umgebung im Werk konfektioniert und nicht auf der staubigen Baustelle. Für die Installation ist kein Spezialwerkzeug nötig. Der Installateur zieht und steckt die Leitungen einfach ein. Dies ermöglicht minimale Verweilzeiten ohne große Verunreinigungen. Zudem erhält der Netzbetreiber für jeden gelieferten Link ein Dämpfungsmessprotokoll. Installateure oder Netzwerkverantwortliche können auch nach der Installation jederzeit auf diese Werte zugreifen und sie mit aktuellen Ist-Werten vergleichen. Easylan bietet zum Beispiel einen geschützten Online-Zugriff auf die Messprotokolle an. Dies beschleunigt die Dokumentation bei der Installation und erleichtert eine spätere Fehlersuche.
Fazit
Moderne Glasfasernetze lassen sich heute mit Trunk-Kabeln und vorkonfektionierten Mehr-Port-Anschlussmodulen schnell und einfach installieren. Der Markt bietet Systeme, die nicht nur sehr kompakt sind, sondern zudem über eine LED-Signalisierung verfügen, um die Enden auch in Betrieb auf einen Blick zuordnen zu können. Diese Trunk-Lösungen eignen sich ausgezeichnet für Multiplex-Verbindungen, da die Latenz im vorkonfektionierten Kabel minimal bleibt. 100 Gigabit Ethernet ist eine Option für High-Speed-Verbindungen in Rechner-Clustern oder zur Vernetzung von Massenspeichern. Am preiswertesten sind dabei Lösungen mit Singlemode-Fasern, da dazu nur ein Faserpaar notwendig ist. CFP-Module gibt es bereits. Doch die anderen 100-Gigabit-Ethernet-Varianten sind voraussichtlich ab 2014 verfügbar.
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