Strukturierte RZ-Verkabelung mit Lichtwellenleitern
Plädoyer für Trunk-Kabel
Im Rechenzentrum gelten bekanntermaßen besonders hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Infrastruktur. Dies gilt auch für die Vernetzung mit Lichtwellenleitern. Techniker von Rosenberger OSI setzen hier klar auf die Vorzüge von Trunk-Kabeln gegenüber Spleißlösungen.
Die Normierung der strukturierten IT-Verkabelung von Rechenzentren in der neu geschaffenen (DIN)
EN 50173-5 steht kurz vor ihrem Abschluss (Stand Sommer 2006). Der offizielle Entwurf zur
öffentlichen Prüfung und Stellungnahme der Norm wurde jüngst vom DKE publiziert und ist zum
Beispiel bei www.beuth.de erhältlich. Die (DIN) EN 50173 – offiziell "IT – anwendungsneutrale
Kommunikationsanlagen" – genannt wurde zu einer Normenreihe ausgebaut, die aus den fünf Teilen
besteht:
Teil 1: Allgemeines,
Teil 2: Bürogebäude,
Teil 3: Industriell genutzte Gebäude,
Teil 4: Wohneinheiten und
Teil 5: Rechenzentren.
Die Motivation für die Schaffung dieser Normenfamilie war der immense Erfolg der ursprünglichen
(DIN) EN 50173-1, die für die strukturierte IT-Verkabelung von Bürogebäuden galt und sehr schnell
zum Standardwerk für Planer wurde, die jedoch die besonderen Anforderungen an die IT-Verkabelung in
Industriegebäuden, Wohneinheiten und Rechenzentren nicht abdeckte.
Um mit den Normenteilen 2 bis 5 arbeiten zu können, ist zwingend der Teil 1 nötig, da in diesem
die Leistungsanforderungen an die Verkabelungskomponenten Kabel, Steckverbinder und Spleiße
spezifiziert und die Übertragungsklassen und Kanäle normiert sind. Entsprechend häufig
referenzieren die Teile 2 bis 5 auf den Teil 1 der Normenreihe.
Ganz besonders der hier erläuterte Normteil 5 "Rechenzentren" ist die niedergeschriebene so
genannte "Best Practise", die die großen Rechenzentren seit vielen Jahren anwenden und danach
strukturiert verkabeln. Diese Norm ist also kein theoretisches Schriftstück, sondern ein Papier mit
sehr großem Praxisnutzen – ganz besonders für Rechenzentrumsplaner, Entscheider, Betreiber und
Eigentümer.
Die Norm schreibt die Verkabelung mithilfe der in Bild 1 gezeigten Struktur genau so vor, da
diese – nachgewiesen durch die bereits erwähnte sehr gute Langzeiterfahrung – eine gewisse
Anwendungs- und Equipment-Neutralität der Verkabelung gewährleistet.
In Bild 1 bedeuten: ENS = Externe Netzschnittstelle, HV = Hauptverteiler, BV =
Bereichsverteiler, LVP = Lokaler Verteilpunkt (optional), GA = Geräteanschluss und ASG =
Anwendungsspezifisches Gerät.
Der GA ist in dieser Struktur die wichtigste Schnittstelle, da er die Neutralität der
Verkabelung gegenüber den Stecksystemen der Transceiver (GBICs) der anzuschließenden Geräte
(Server, Switches, Storage etc.), also die so genannte Equipment-Neutralität gewährleistet. Wenn
der GA gemäß Norm nahe beim anzuschließenden Gerät gebaut wird, dann ist beim Austausch des Geräts
gegen ein anderes mit einem anderen Transceiver-Stecksystem lediglich das kurze
Geräteanschlusskabel auszutauschen und nicht die gesamte Verkabelungsstrecke.
Nach dem GA ist der BV die wichtigste Schnittstelle in der Verkabelungsstruktur. Da er gemäß
Norm als so genannter "Cross-Connect", also als echter Patch-Verteiler gebaut werden muss,
gewährleistet er das sichere, gut zu dokumentierende und durch seine gute Zugänglichkeit einfach
und damit kosteneffizient durchführbare Patch-Management.
Die leider immer noch sehr häufig wider besseres Wissen oder auf Grund von unvollständigen
Kostenvergleichen installierte so genannte Punkt-zu-Punkt- oder Jumper-Verkabelung, bei der die
Ports der miteinander zu verbindenden Geräte direkt mittels einzelner Duplex-Kabel (Jumper)
angeschlossen werden, ist gemäß der Norm aus den folgenden Gründen richtigerweise unzulässig.
Punkt-zu-Punkt- oder Jumper-Verkabelung hat folgende Nachteile:
Undefinierte, nicht identifizierbare Kabelführung/Wege, dadurch unverwaltbares
Durcheinander;
zu viel Kabelmenge/Volumen im Doppelboden, dadurch hohe Brandlast und
behindert Airflow der Klimaanlage;
Erweiterung und Austausch von Geräten (ASG) ist nur sehr schwierig und
zeitintensiv durchführbar;
hohe Vertauschungsmöglichkeit und Gefahr von Unterbrechung aktiver Kanäle
durch Patch-Arbeiten bei Erweiterung und Austausch von Geräten;
Schadensidentifikation bei Kabeldefekten und Austausch von defekten Kabeln
annähernd unmöglich;
ungeschützte Kabelführung/Wege der meist nicht ausreichend robusten Jumper
bergen eine hohe Beschädigungsgefahr durch Arbeiten im Doppelboden;
irgendwann ist der Doppelboden mit Kabel gefüllt, wohin dann mit dem
Zuwachs?
sehr lange Installationszeit und dadurch hohe Installationskosten, die auch
erheblich den RZ-Betrieb und die Sicherheit stören.
Mit welchen Komponenten lassen sich also die drei Teilsysteme Netzzugangs-, Hauptverteilungs-
und Bereichsverteilungsverkabelung der RZ-Netzwerkstruktur optimal verkabeln? Die beste Lösung und
selbstverständlich auch normkonform sind werkskonfektionierte, möglichst hochfaserige
LWL-Bündeladerkabel, so genannte Trunk-Kabel (Produktbeispiel "Preconnect" von Rosenberger OSI).
Dabei handelt es sich um an beiden Enden mit LWL-Steckverbindern konfektionierte und
werksvermessene (Einfügedämpfung) LWL-Universalbündeladerkabel mit flammwidrigen, halogenfreien
Mänteln mit und ohne Nagetierschutz. Die sensiblen LWL-Steckverbinder auf beiden Seiten sind mit
zug-, tritt-, knick- und torsionsfesten und wahlweise IP50-staubdichten oder sogar
IP67-wasserdichten Einzugsschläuchen gegen die mechanischen Belastungen und Umwelteinflüsse und
Gefahren während der Installation geschützt.
Leider wird in den drei Teilsystemen der RZ-Netzwerkstruktur immer noch sehr häufig, ebenfalls
wider besseres Wissen oder auf Grund von unvollständigen Kostenvergleichen, fälschlicherweise
Spleißverkabelung installiert. Der Einsatz werkskonfektionierter Trunk-Kabel hat eine Reihe von
Vorteilen gegenüber einer Spleißverkabelung. Werkskonfektionierte Trunk-Kabel haben bei
vollständiger und richtiger Kostenrechnung meist niedrigere Gesamtkosten als Spleißlösungen, da die
Summe für die folgenden Komponenten und Arbeiten einer Spleißverkabelung, die Kabelmeterware,
Pigtails, Spleißkassetten, Spleißschutze und Halter und vor allem für das immens zeit-, und
geräteintensive Spleißen selbst meist höher als die einer Verkabelung mit werkskonfektionierten
Kabeln sind. Zum Spleißen sind auch teurere Fachkräfte nötig, zur Installation
werkskonfektionierter Trunk-Kabel nicht.
Werkskonfektionierte Trunk-Kabel ermöglichen eine kurze Installationszeit, da das Handling
einfach und sicher ist. Einen weiteren Zeitvorteil bringen hochwertige werkskonfektionierte
Trunk-Kabel, deren Einfügedämpfung am Ende der Produktion im Werk zu 100 Prozent gemessen und
dokumentiert ist, dadurch, dass sie nach der Installation nicht mehr gemessen werden müssen,
sondern – wenn überhaupt – nur auf Go/NoGo durchgangsgeprüft werden, um eventuelle Beschädigungen
oder Auflegevertauscher durch die Installation zu erkennen. Dies ist nicht nur ein Zeit-, sondern
auch ein Kostenvorteil, da keine teuren Fachkräfte mit teuren Messgeräten zur Installation nötig
sind.
Durch die kurze Installationszeit werkskonfektionierter Trunk-Kabel ist automatisch die Zeit, in
der sich das Installationspersonal in den RZ-Räumen aufhält, minimal. Dies erhöht den Schutz gegen
ungewollte oder auch vorsätzliche Manipulation oder Sabotage. Da Verkabelungen mit
werkskonfektionierten Trunkkabeln keine Spleiße enthalten und in hoher Qualität gefertigt sind,
haben sie meist die niedrigste Link-Dämpfung, die verkabelungstechnisch möglich ist.
Die LWL und Fasern in werkskonfektionierten Trunk-Kabeln sind vollständig gegen Umwelteinflüsse
geschützt, die in Spleißkassetten von Spleißverkabelungen mehr oder weniger offen liegenden LWL
nicht. Diese sind zumindest der Umgebungsluft ausgesetzt und können dadurch altern
(Dämpfungsanstieg, Faserbruch). Spleiße können über die Zeit auch brechen.
Werkskonfektionierte Trunk-Kabel, bei denen die LWL-Steckverbinder auf biege- und knickstabile
so genannte Hohladerpeitschen der Verteilköpfe konfektioniert sind, sind nicht nur einfach, sicher
und schnell in den Verteilgehäusen aufzulegen, sondern auch besonders servicefreundlich.
Servicearbeiten wie etwa Reinigung oder sogar eventuell durch Beschädigung notwendiges Nachpolieren
der LWL-Steckverbinder ist viel sicherer durchführbar als bei den doch sehr filigranen
knickempfindlichen LWL-Ader-Pigtails in Spleißgehäusen von Spleißverkabelungen.
Werkskonfektionierte Trunk-Kabel sind zudem sehr einfach sicher, schnell und flexibel
umzuinstallieren und damit mehrfachverwendbar. Dazu muss der Installateur die LWL-Steckverbinder in
den Verteilgehäusen abstecken, die Verteilköpfe entnehmen, wenn notwendig die Einzugschläuche
montieren und das Trunk-Kabel umziehen. Für diese Tätigkeiten sind kein teures Fachpersonal,
Werkzeug und Messgeräte nötig. Durch ihre Fähigkeit zum Uminstallieren und die damit verbundene
Option zur Mehrfachnutzung stellen Trunkkabel einen hohen Investitionsschutz dar.
Gegner von werkskonfektionierten Trunk-Kabeln führen stets die beiden folgenden Argumente gegen
diese Systeme an:
Die Trunk-Länge: Diese muss ermittelt und mit etwas Sicherheitsüberlänge festgelegt und bestellt
werden. Dadurch bestehen die Gefahr, dass der Tunk zu kurz ist. Zudem besteht die Aufgabe, die
Sicherheitsüberlänge an geeigneter Stelle abzulegen. Die Antwort lautet ganz klar: Zu kurz ist zu
kurz, die Ermittelung der benötigten Kabellänge ist sorgfältig durchzuführen. Die Ablage der
Sicherheitsüberlängen der Trunk-Kabel ist in den meisten Rechenzentren allerdings kein Problem.
Sind die Trunk-Kabel aus LWL-Bündeladerkabeln gefertigt, dann kommt neben ihrem verglichen mit
allen anderen LWL-Kabeltypen niedriger Meterpreis ihr Vorteil des dünnsten Durchmessers und damit
kleinem Kabelvolumen und niedriger Brandlast zur Geltung. Der Einzugsschlauchdurchmesser hat zum
Beispiel bei Preconnect-Trunk-Kabeln, die bis zu 144 Fasern in einem Trunk lieferbar sind, in
Abhängigkeit von der Faserzahl einen Außendurchmesser von 28mm bis zu 65mm.
Nach Auskunft des Herstellers gab es den 15 Jahren, in denen tausende von Trunk-Kabeln weltweit
in allen nur denkbaren Rechenzentren und auch Bürogebäude-Backbones installiert wurden, nur äußerst
wenige Fälle, in denen die Einzugsschläuche zu dick für die Installation waren, sich also etwa
nicht durch Rohre, Kanäle, Kernbohrungen oder Brandschotts ziehen ließen.
In den Fällen, in denen tatsächlich eines der beiden genannten Argumente gegen ein beidseitig
konfektioniertes Trunk-Kabel spricht, lässt sich eine einseitig konfektionierte Variante nutzen,
die mit der unkonfektionierten, minimal dünnen Seite mit ausreichend Sicherheitsüberlänge voran
eingezogen dann auf die benötigte Länge zurück geschnitten und in einem Spleißgehäuse an so
genannte LWL-Ader-Pigtails angespleißt wird. Unabhängig davon, ob ein Rechenzentrum mit
werkskonfektionierten Trunk-Kabeln oder mit einer Spleißlösung verkabelt ist, sollte man aus
Kosten-, Kabelvolumen- und Brandlastgründen in beiden Fällen möglichst hochfaserige Kabel
einsetzen. Kabelverlegung wird üblicherweise pro Meter berechnet, somit ergeben mehrere zu
verlegende niederfaserige Kabel mehr für den Installateur zu verlegende – und dem Kunden zu
berechnende – Kabelmeter, zudem höhere Kabelkosten, eine höheres Kabelvolumen und eine höhere
Brandlast.
Zurück zur Norm und zu deren Ziel der Anwendungs- und Equipmentneutralität der Verkabelung: Die
geforderte Anwendungs- und Equipment-Neutralität hängt neben der Struktur und dabei ganz besonders
der GA-Schnittstelle der Verkabelung auch entscheidend vom installierten LWL-Typ ab. Wenn ein neues
Gerät oder Protokoll nicht mehr über den installierten LWL-Typ arbeiten kann, ist die gesamte
Verkabelungsstrecke durch den dafür benötigten LWL-Typ zu ersetzen.
Der Normteil 1 "Allgemeines" listet tatsächlich die folgenden acht verschiedenen LWL-Typen
auf:
Multimode Quarzglas-LWL: OM1, OM2, OM3,
Multimode kunststoffbeschichteter Quarzglas-LWL: OH1,
Multimode Plastik-LWL: OP1, OP2 und
Singlemode Quarzglas-LWL: OS1, OS2.
Richtigerweise schränkt der Normteil 5 "Rechenzentren" die Auswahlmöglichkeit bei Multimode-LWL
auf die Quarzglastypen OM2 und OM3 ein. Grund dafür ist, dass die anderen gelisteten Multimode-LWL
ein zu niedriges Bandbreiten-Längen-Produkt (MHz.km, kurz Bandbreite genannt) und auch zu hohe
längenabhängige Dämpfung (in dB/km) bei den zu übertragenden Lichtwellenlängen haben.
Für die Übertragung von Netzwerkanwendungen (Protokollen) über LWL sind die Leistungsparameter
Dämpfung und Bandbreite des Links die Größen, die die maximal zur Übertragung nutzbare Länge
limitierende. Probleme wie zum Beispiel Neben- und Übersprechen oder mit dem Potenzialausgleich,
wie sie bei IT-Verkabelungen mit Kupferdatenkabeln auftreten können, kann es bei LWL-Verkabelungen
nicht geben. Folglich müssen weder Planer noch Techniker bei der Planung und Installation eines
LWL-Netzwerks auf diese Fallstricke achten.
Im Normenteil 1 "Allgemeines" findet der Planer eines LWL-Netzwerkes sehr hilfreiche Tabellen,
aus denen er herauslesen kann, welche Netzwerkanwendung (Protokoll) über welchen LWL-Typ wie weit
übertragen werden kann, und zwar unter Einhaltung der maximal zulässigen gesamten Link-Dämpfung,
also der Dämpfung aller Kabelsegmente, Steckverbindungen und eventueller Spleiße.
Die Bandbreite eines Links wird von der Bandbreite des eingesetzten LWL-Typs bestimmt, die
Linkdämpfung jedoch hauptsächlich von der Qualität und Sauberkeit der LWL-Steckverbindungen und der
Güte eventueller Spleiße. Die Qualität und Sauberkeit der Oberflächen, hier ganz besonders der
Stirnflächen, von LWLSteckverbindungen, beeinflussen nicht nur deren Dämpfung, sondern auch deren
Reflexionsverhalten oder umgekehrt die Rückflussdämpfung. Sie stellt einen wichtigen Parameter
besonders bei der Übertragung von hohen Lichtleistungen dar, also Sendeleistungen zum Beispiel in
MAN und WAN Netzen.
Bei der Installation und beim späteren – jahrelangen – Betrieb und dabei besonders beim Patchen,
ist peinlich genau auf die Sauberkeit und Unversehrtheit der Stirnflächen aller
LWL-Steckverbindungen in einem Link zu achten. Dazu ist es zwingend notwendig, geeignetes und
zugelassenes Reinigungsmaterial und Werkzeug und vor allem ein Mikroskop (vorzugsweise ein
Videomikroskop) mit mindestens 200-facher Vergrößerung einzusetzen.
Die anschließende Frage lautet oft: "Welches LWL-Stecksystem soll ich in den Verteilern meiner
RZ-LWL-Verkabelung einsetzen?" Davon gibt es bekanntlich viele verschiedene und wenn überhaupt nur
mittels teurer so genannter Hybridkupplungen steckkompatible Bauformen wie zum Beispiel SC, ST, LC
und so weiter. Die zitierte Verkabelungsnorm schreibt für die Verteiler "hausinterner LAN-Anschluss"
, HV, BV und LVP kein LWL-Stecksystem vor, sondern verweist lediglich auf die allgemeinen
Leistungsanforderungen an die LWL-Verbindungstechnik im Normteil 1 "Allgemeines".
Die Vergangenheit hat gelehrt, dass sich die LWL-Stecksysteme an den Transceivern der ASGs immer
wieder ändern und auch nicht selten überhaupt nicht als Patch-Feld-Stecksystem in Verteilern
eignen. Daher sollte man nicht den Fehler machen und das temporär derzeit in den Transceivern
marktübliche LWL-Stecksystem längerfristig für die Verteiler seines RZ-LWL-Netztwerks zu
spezifizieren. Vermutlich wird es sich nämlich wieder ändern, da die Entwicklungen bei den
Transceivern durch immensen Kostendruck weitergehen.
Die Auswahlkriterien für ein Patch-Feld-Stecksystem in Verteilern sind neben der
selbstverständlich geforderter niedriger Einfüge- und hohen Rückflussdämpfung, eine sichere,
einfache, mit den Fingern durchführbare Handhabung beim Stecken und Ziehen, also beim so genannten
Patchen. Die Forderung lautet also Handling ohne ein Spezialwerkzeug, wie es für einige proprietäre
Herstellerstecksysteme nötig ist und auch ohne die Verriegelungshebel, wie sie viele
LWL-Stecksysteme wie etwa beim LC-Duplex haben, die zum Ziehen des Steckerverbinders gedrückt
werden müssen. Dies verbraucht Raum im Patch-Feld.
Die hohen Handlinganforderungen erfüllen nur der SC und seine Derivate tatsächlich, denn nur
dabei handelt es sich um echte Push-Pull Stecksysteme. Alle Varianten mit Verriegelungshebel sind
dagegen so genannte Latched-Push-Pull Systeme – mit dem Nachteil des Raumbedarfs für die Bedienung
des Verriegelungshebels.
Da zunehmend jedoch auch die hohe Packungsdichte – also möglichst viel Steckverbindungen je
Höheneinheit in den Verteilern unterzubringen – als Hauptanforderung für die Auswahl des
Patch-Feld-Stecksystemes für Verteiler einer RZ-LWL-Verkabelung im Vordergrund steht, und zwar ganz
besonders im HV, BV und LVP, kommt man nach der Bewertung aller Anforderungen an dieses
Patch-Feld-Stecksystem zu dem Ergebnis, dass diese derzeit tatsächlich von dem in der IEC 61754-6
normierten MU-Duplex-Horizontal, dem so genannten Mini-SC-Duplex mit großem Abstand vor allen
anderen LWL-Stecksystemen erfüllt sind.
Norm schreibt LC-APC Duplex vor
Für die ENS schreibt die Norm für Singlemode ganz explizit den LC-APC Duplex vor, und für
Multimode muss es zumindest ein IEC- oder CENELEC-normiertes Small-Form-Faktor-Duplexstecksystem
sein. In der die Equipment-Neutralität garantierenden GA-Schnittstelle der Verkabelungsstruktur
fordert die Norm im publizierten Entwurf lediglich ein IEC- oder CENELEC- normiertes
Small-Form-Faktor-Duplexstecksystem. Auf der letzten Sitzung des zuständigen europäischen CENELEC
Normungsgremiums wurde jedoch durch Initiative des deutschen DKE-Normungsarbeitskreises GAK 715.3.5
beschlossen, auch am GA den LC wie folgt als Schnittstelle vorzuschreiben: Im GA muss sowohl für
Multimode wie auch für Singlemode LWL entweder LC-Simplex- oder LC-Duplex Steckverbinder in
PC-0°-Ausführung eingesetzt werden.
Leider lässt sich mit dem LC die Forderung der Norm, den GA mit möglichst hoher Packungsdichte
zu bauen (original Normtext: Der GA sollte in hoher Dichte und nahe den ASG vorgesehen werden),
nicht optimal erfüllen, weil der LC durch seinen Verriegelungshebel Raum benötigt. Auch hier würde
der MU-Duplex-Horizontal die Anforderungen mit Abstand am besten erfüllen.
Für GA-Verbindungen mit mehr als zwei LWL in einem Stecksystem schreibt die Norm, den in der IEC
61754-7 als MPO normierten MTP vor. Dieses Mehrfasernstecksystem gibt es mit vier, acht und zwölf
LWL, aber von mehreren Herstellern auch mit 24 und 36 bis hin zu sogar 72 LWL in einer solchen
Steckverbindung. Dieses LWL-Stecksystem setzen Unternehmen weltweit für die strukturierte
Verkabelung von Mainframe-Servern mit Director-Switches und Storage-Devices ein.
Wenn die LWL-Verteiler im RZ richtigerweise mit hoher Packungsdichte gebaut werden, dann muss
auch bei der Auswahl der 19-Zoll-Verteilerschränke oder Racks eine besonderes Augenmerk darauf
liegen, dass diese über ein explizit für LWL-Patch-Kabel entwickeltes und dadurch besonders
geeignetes Kabelmanagementsystem verfügen. Dies ist nötig, um die durch die hohe Packungsdichte
bedingten teils großen Patch-Kabel-Mengen "LWLgerecht" zu verwalten.
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