Mit OM4 die Einführung von FCoE ermöglichen
OM4 sammelt Punkte
Die großen Vorteile von OM4-Multimode-Glasfaser sind bereits bei der Normierung von 40 und 100GbE erkannt und dort als Lösungsplattform definiert. Noch bevor es zu dem Upgrade der Netze auf diese Geschwindigkeiten kommt, haben IT-Manager aber eine andere Herausforderung in der RZ-Infrastruktur zu bewältigen: die flächendeckende Einführung von Fibre Channel over Ethernet (FCoE) in SAN und LAN. OM4 kann bereits heute dabei helfen, eine RZ-Verkabelung zukunftsfähig zu machen.Neue digitale Informationen erreichten im Jahr 2010 mit 1.400 Milliarden Gigabyte einen weiteren Rekord, 73 Prozent mehr als im Vorjahr. Die Consumer-Welt, wo Social-Networking-Websites große Nachfrage nach schnellem und zuverlässigem Hosting sowie die Übertragung von Text, Stimme, Bild und Videodaten schaffen, Internet-TV ebenso wie Video-on-Demand-Verkehr und die ganze Welt des mobilen Internets heizen diese Informationsexplosion kontinuierlich an. In der Geschäftswelt (B2B) führt die Virtualisierung von Geschäftsprozessen zu ähnlichen Wachstumstreibern, sei es durch Web-Konferenzen und erst recht durch die unaufhaltsame Verlagerung von Geschäftsprozessen "in die Cloud".
Sind Sie schon "in der Cloud"?
Diese Frage beantwortet über die Hälfte der IT-Nutzer spontan mit Nein, dem nach kurzem Nachdenken meist ein "Weiß nicht" folgt. Wer Webmail, den Browser Chrome oder auch nur eine File-Hosting nutzt, ist schon längst dort. Zudem arbeiten IT-Unternehmen intensiv an Lösungen, die überhaupt nicht mehr lokal beim Nutzer residieren, sondern lediglich über ein Web-Frontend bedient, aber vollständig im RZ des Anbieters laufen. Der Vorteil ist eine kürzeste Installationszeit, deutlich einfacheres Upgrading und das so genannte "Business Continuity". Cloud Computing hat gerade erst begonnen - sowohl in Consumer- wie in Business-Umgebungen. Vertraglich gebundene externe Dienstleister agieren als zentrale Repositorien für Daten und Anwendung. Vor dem Hintergrund von Konsolidierung und Zentralisierung wird der "Physical Layer" der IT-Infrastruktur im Rechenzentrum kritisch wie nie zuvor. Die Geschwindigkeit im Netz wächst weiter und verlangt hohe Zuverlässigkeit, Flexibilität und Skalierbarkeit. Das schon hoch ausgelastete LAN im Rechenzentrum bekommt jedoch neue Aufgaben.
Im SAN ist Fibre Channel bis heute das dominierende Verbindungsprotokoll. Fibre Channel bietet deterministische, niederlatente und schnelle Kommunikation zwischen Servern und Speichersystemen über Glasfaserverkabelung. Die Entwicklung von Fibre Channel over Ethernet (FCoE) zielt nun darauf, sowohl Speichersysteme oder SAN und Ethernet-Datenverkehr in einer gemeinsamen Netzwerkschnittstelle zu konsolidieren, sodass sich das gleiche Kabel für beide Applikationen verwenden lässt.
Speichernetze sprechen "Fibre Channel"
Mit FCoE wird es zunehmend eng für 10GBit/s-Netze, was eher heute als morgen den Schritt zu 40GbE nahelegt. Dabei ist nicht nur das reine Verkehrsaufkommen ein Grund für die Umstellung auf FCoE, das signifikante Kostensenkungspotenzial auf der Basis einer einheitlichen Infrastruktur wirkt als starker Investitionsbeschleuniger.
Aber welche Infrastrukturen braucht FCoE? In Speichernetzen ist das Konzept der strukturierten Verkabelung nach EN50173-5 längst nicht so entwickelt wie in Server-Netzen. Zudem hält sich eine Art der Ad-hoc-Verkabelung, die unter dem Begriff Top-of-Rack-Topologie den Anschein erweckt, konzeptionelle Reife erlangt zu haben. Ein Top-of-Rack Switch wirkt verlockend, da er doch gestattet, den gesamten Datenverkehr in einem einzelnen Server-Schrank zu organisieren, und die nötige Verkabelung dazu kommt als kurzes Kabel von zwei Metern Länge, das einfach vom Administrator gepatcht wird. Erkauft wird diese vermeintliche Einfachheit im Vergleich zu End-of-Row Switches mit einer im Durchschnitt signifikant niedrigeren Port-Auslastung, die erheblich ins CAPEX eingehen.
Verstärkt wird dieser Effekt noch durch eine künftige Server-Virtualisierung, die bisweilen zu einer weiteren Schieflage in der Switch-Belegung führt. Zudem verteilt der RZ-Architekt damit die Service-Punkte im RZ über einen ausgedehnten Bereich, was böse Zungen bereits als Rückkehr der Turnschuhnetze bezeichnen.
Beim Konzept des End-of-Row Switches ist der gesamte Datenverkehr für eine Gruppe von Server-Schränken organisiert, was deutlich effizientere Port-Auslastung und konzentrierte Service-Punkte an wenigen Schlüsselpositionen im RZ bewirkt. Es erfordert allerdings eine im Durchschnitt etwa 20 Meter lange Mittelstreckenverkabelung für 10GBit/s. Nicht unerwähnt bleiben sollte, dass I/O-Konsolidierungsstrategien im Kontext von FCoE durch eine EoR-Topologie besser unterstützt werden.
Welche Infrastrukturlösungen der Markt bietet
Der Chipmarkt für 10GBase-T erlebte im Vorjahr einen wichtigen Quantensprung, als große Server-Hersteller ihre neuesten Produktlinien mit 10GBit/s LAN on Motherboard ausstatteten. Im 1GbE-Segment ist dies heute der Massenmarkt, und der Sprung läutet aller Voraussicht nach die Einführungsphase von 10GBase-T bei RZ-Servern als LAN-Standard ein. Damit ist die logische Verkabelungsklasse im Server- und Speichernetz mindestens Klasse EA mit marktverfügbaren Kategorie-6A-/Kategorie-7-Kupferdatenkabeln. Sie schaffen mit ihrer Reichweite von bis zu 100 Metern problemlos alle im RZ auftretenden Distanzen auf dieser Netzebene.
Im RZ-Backbone droht ein weiterer Irrweg, nämlich der Übergang auf Singlemode-Systeme. Sie bieten zwar überzeugende Reichweiten von mehreren Kilometern; dies bedeutet allerdings die Inkaufnahme von deutlich höheren Kosten insbesondere bei den dafür erforderlichen für SM-Glasfasern geeigneten Transceivern.
Mehrere aktuelle Studien haben gezeigt, dass die gesamten Kosten eines Links bei 40GbE basierend auf OM4-Multimode-System etwa ein Drittel derjenigen eines Singlemode-Systems ausmachen. Für 100GbE liegt das Kostenverhältnis zwischen Singlemode-System und OM4-Multimode-System fast beim Faktor 10. Der Grund: Singlemode CWDM hat einen geringere Verkabelungsaufwand, aber deutlich höhere Kosten für die elektronischen Komponenten (QSFP-Transceiver) im Vergleich zu OM3- und OM4-basierenden parallel-optischen Systemen, bei denen der höhere Verkabelungsaufwand durch deutlich niedrigere Transceiverkosten mehr als kompensiert wird - da diese mit günstiger, bewährter 10-GBit/s-VCSEL-Technik ausgestattet sind.
Auf dieser Netzebene empfehlen die Experten OM4 als performante und gleichzeitig kostengünstigste Verkabelungslösung. Wichtiger noch als ein leistungsfähiges Übertragungsmedium ist jedoch das strategische Kabel-Management im Rechenzentrum.
OM4, als Teil einer eigenständig geplanten Verkabelungsstrategie, bietet die Möglichkeit der Reduzierung und somit eine Vereinfachung der Kabelwege, ohne die Universalität des Netzes zu beschränken. Die Herausforderung besteht darin, die mit 40GbE und 100GbE über Multimode-Glasfaser einhergehende Anzahl von optischen Fasern zu handhaben. Im Vergleich mit 10GbE ergibt sich nämlich die vierfache Menge für 40GbE und die zehnfache für 100GbE. Das Management der optischen Faser mit hoher Packungsdichte ist eine wichtige Herausforderung, und zwar sowohl im Kabel als auch im Routing, den Panels und innerhalb der Schränke sowie zwischen ihnen.
Als Ergebnis dieser Überlegungen sollte Verkabelung als unabhängig von ihrer kurzzeitigen Verwendung gedacht werden und zu einem integralen Bestandteil der langfristigen Infrastrukturplanung wachsen. Die Vorteile dieser Alternative sind überzeugend:
Reduzierung der operativen Kosten,
kürzere Ausfallzeiten während Aus- und Umbau (MACs),
Verbesserung der Zuverlässigkeit und
geringeres Risiko von unbeabsichtigten Störungen.
Begleitend zur Entstehung des OM4-Standard sind Fasern mit verbesserten Eigenschaften bei Biegung entstanden. Diese biege-unempfindlichen Multimode-Glasfasern (Bend insensitive BI-MM) erlauben platzsparende Verkabelungslösungen mit gesteigerter Packungsdichte auch in existierenden Kabelschränken, was ohnehin schon eine Verringerung der Betriebskosten bedeutet. Gleichzeitig sind sie gegen die latente Gefahr geschützt, die dichte Verkabelungen immer mit sich bringen - der trotz hoher Standards bei Installation und Wartung inhärenten Möglichkeit einer Dämpfungserhöhung durch Biegeverluste.
Insbesondere gestatten BI-MM-Glasfasern Small-Formfaktor-Kabeldesigns verbunden mit entsprechend kompakteren Verbindungstechniken, die die benötigte Übertragungskapazität in der Strecke mit deutlich erhöhter Packungsdichte realisieren. Dies trägt besonders der Tatsche Rechnung, dass die nächste Generation Ethernet im Übertragungskanal die mindestens vierfacher Faserzahl erfordert, in der Praxis aber eher weniger statt mehr Platz dafür zur Verfügung steht.
Die Implementation von biege-unempfindlicher Fasertechnik bietet mehrere Vorteile, darunter ein erhöhtes Systemdämpfungsbudget, was bereits bei 10GbE und darüber die Zuverlässigkeit des Netzes verbessert. Dieser Gewinn lässt sich auch zur Steigerung der Flexibilität des Netzwerks nutzen, indem Unterverteilungen realisiert werden können, die eine Umkonfiguration des Netzwerks gestatten. Nicht zuletzt erlauben neue, verkleinerte Kabeldesigns auch kleinere und leichtere Verkabelungen, was generell das Kühlungs-Management erleichtert.
Die Rahmenbedingungen von FCoE
Fibre Channel over Ethernet ist heute Bestandteil des FC-Standards in INCITS (FC-BB-5). DCB - das Datacenter-Bridging-Projekt von IEEE802 - ist eine spezielle Ethernet-Implementierung, die durch den PAUSE-Mechanismus Paketverluste vermeidet (Lossless Ethernet). Aktuell ist FCoE für 10GBit/s definiert. Switches lassen sich mit einem konsolidierten Netzwerkadapter (CNA) ausstatten.
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