10GbE-DWDM für Campus- und Metronetze
Switches übernehmen DWDM-Aufgaben
Mit dem Vormarsch von 10 Gigabit Ethernet (10GbE) in DWDM-Glasfasernetzen (Dense Wavelength Division Multiplexing) bietet sich die Option, investitions- und betriebskostenrelevante Faktoren aus der optischen Übertragungsschicht in Richtung Router und Switches zu verlagern. Neue Module bündeln alle dafür notwendigen Konvertierungsfunktionen. Ziel ist es, die Kosten für neue DWDM-Lösungen wie auch für das Management der Metro- und Campusinfrastrukturen zu senken.
Seit der Ratifizierung von IEEE 802.3ae im Jahr 2002 nimmt der Einsatz von 10GbE unaufhaltsam
zu. Auch dort, wo noch keine Einzelanwendung derart hohe Übertragungsraten erfordert, treibt der
generelle Konsolidierungstrend den Bandbreitenbedarf in die Höhe. Um Gigabit Ethernet künftig bis
zum Arbeitsplatz anzubieten, setzen viele Unternehmen 10GbE nicht nur im Core-, sondern auch im
Distributions- und im Access-Bereich ihrer Netze ein.
Um Core-Bandbreiten oberhalb von 10GbE zu skalieren, wäre ein neuer IEEE-Standard nötig, dessen
Ratifizierung nach Lage der Dinge allerdings nicht innerhalb der nächsten drei bis vier Jahre zu
erwarten ist. Alternativ dient der Standard-Ethernet-Service 802.3ad Link Aggregation dazu, bis zu
acht 10GbE-Links zu einer 80-GBit/s- Verbindung zu bündeln. Zum Transport über Glasfasern bietet
sich dafür DWDM an. Allgemein wird DWDM heute für viele optische Anwendungen favorisiert, weil
dieses Verfahren das Transportmedium Glasfaser besonders effizient ausnutzt: Mit dem
Standard-ITU-100-GHz-Gitter im konventionellen C-Band können pro Faser insgesamt mindestens 32
verschiedene Spektralfarben gleichzeitig als Kanäle dienen. Dies ergibt eine Gesamtkapazität von
320 GBit/s.
Konvergenz auf optischer Ebene
In der Vergangenheit setzte DWDM meist hochwertiges optisches Equipment voraus, beispielsweise
Transponder, um 1310- Nanometer-Verbindungen mit hinreichender Stabilität in DWDM-Kanäle zu
konvertieren. Inzwischen stehen aber auch 10GbE-Switch-Module (DWDM-Xenpaks) zur Verfügung, die für
derartige Konvertierungen nicht mehr auf externe Geräte angewiesen sind: Die DWDM-Funktionalität
residiert im Xenpak-Modul, das sich aus Layer-2-Perspektive (und höher) von keinem anderen Xenpak
unterscheidet. Solche Transceiver sind im laufenden Betrieb austauschbar und Strom sparend. Damit
besteht ein Migrationspfad, um DWDM-Funktionen in Router und Switches zu verlagern.
Aus Administrationssicht bringt die Integ-ration von DWDM-Funktionen in die
Ethernet-Infrastruktur folgende Vorteile:
Eingesparte Geräte verringern den Strom- und Platzverbrauch,
weniger externes Equipment ist erforderlich; dies reduziert die Zahl möglicher
Fehlerquellen; und
der LAN-Administrator kann DWDM mitverwalten, Optical-Spezialisten sind also
nicht mehr nötig.
So wird DWDM selbst zu einer Konvergenztechnik: Sie treibt Konsolidierungsprojekte und die
gebäude- und standortübergreifende Anwendungsbereitstellung über eine einheitliche
Netzwerkinfrastruktur voran. Für große Entfernungen lässt sich über optische Verstärker – zum
Beispiel EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) – die Reichweite von DWDM-Netzen bei
Single-Mode-ITU-G.652- Glasfaserleitungen bis auf 200 Kilometer ausdehnen.
Hilfreich ist hier die Unterstützung von Digital Optical Monitoring (DOM), beschrieben durch das
SEF-8724 MSA (Multi Source Agreement). Mit DOM können Anwender in Echtzeit alle wichtigen Parameter
des Xenpaks überwachen: optische Ein- und Ausgangsleistung, Temperatur, Laserruhestrom und
Transceiver-Betriebsspannung. Dies versetzt Administratoren in die Lage, die physikalische Ebene
optischer Netze via Port-Management zu kontrollieren – also ohne die sonst erforderlichen komplexen
und bei Netzwerkern kaum bekannten Optical-Steuerungswerkzeuge.
Traditionelle DWDM-Architekturen nutzen meist feste Kanalfilter, die spezifische
Wellenlängenbänder für den Transport fest zuordnen. Das Verfahren ist passiv, benötigt also keine
eigene elektrische Energie. Deshalb lassen sich in Kombination mit Transceiver-Modulen
ausgesprochen kostengünstige Lösungen umsetzen. Neben dem Wellenlängenfilter sind praktisch nur
noch ein Splitter beziehungsweise Combiner (auch Bandfilter genannt) und bei größeren Entfernungen
ein nachgeschalteter optischer Verstärker erforderlich. Wichtig ist dabei, dass der Administrator
Kanäle ohne Serviceunterbrechung hinzufügen kann. Damit empfehlen sich solche optischen Netze im
Campusbereich auch für kritische Anwendungen, die auf hohe Verfügbarkeit angewiesen sind.
Anders als bei fester Kanalfilterung nötigen frei konfigurierbare Architekturen den
Administrator nicht, spätere Anpassungen optischer Services vorab einzuplanen. Allerdings waren
derart flexible optische Netze bislang zu teuer und in der Handhabung zu kompliziert, um eine weite
Verbreitung zu finden. Das dürfte schon bald der Vergangenheit angehören. Denn seit die
halbleiterbasierte PLC-Technik (Planar Lightwave Circuit) ausgereift ist, lassen sich ROADMs
(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers) unter Nutzung bereits etablierter
Fertigungsverfahren in der Chipindustrie vergleichsweise preiswert herstellen. PLC schafft die
Voraussetzung, um alle erforderlichen DWDM-Komponenten in ein kompaktes Gerät zu packen.
Integrierte Leistungsmessungen ermöglichen es, die Einzelkanäle dynamisch anzupassen und eine
Gleichverteilung der Kanalleistung zu erhalten. Eine optische Umschaltzeit der Kanäle von weniger
als 50 Millisekunden erlaubt es, Schutzmechanismen einzusetzen.
Einsatz in Unternehmensnetzen
Haupttreiber für den Einsatz von DWDM in Unternehmensnetzen war bisher die Verbindung mehrerer
Rechenzentren, zum Beispiel, um über gemietete Glasfaserleitungen Backup-Recovery-Lösungen oder
standortübergreifende SANs (Storage Area Networks) zu installieren. In räumlich eng begrenzten
Campusnetzen war demgegenüber das Streben nach verbesserter Ausnutzung vorhandener Glasfaserkabel
oftmals das entscheidende Motiv für den DWDM-Einsatz. Unterhält ein Unternehmen mehrere solcher
Areale, lassen sich Anwendungen über Glasfaserleitungen eines externen Service-Providers jetzt ohne
Weiteres per DWDM unternehmensweit bereitstellen. Für dieses Szenario empfehlen sich feste
Kanalfilter in Kombination mit 10GbE-DWDM-Xenpaks als die preiswertere Option. Bei Verbindungen
zwischen primärem und Backup-Rechenzentrum bieten optische Techniken diverse Alternativen, je
nachdem, welche Services via Glasfaser zu transportieren sind. Besonders vorteilhaft kann die
Kombination von Fibre Channel mit Gigabit Ethernet sein. Denn so lassen sich über dieselbe optische
Netzanbindung auch vormals isolierte SAN-Inseln konsolidieren. Das senkt die Administrationskosten
durch vereinfachtes Speichermanagement und reduziert den Investitionsbedarf dank verbesserter
Ressourcenausnutzung. Diese Faktoren summieren sich schnell zu einem Einsparpotenzial, das den
Kapitaleinsatz für die Weiterentwicklung der DWDM-Infrastruktur oft mehr als rechtfertigt.
Innerhalb eines Rechenzentrums wird das Equipment meist über verschiedene Zonen (Feuerzellen)
verteilt, die durch Feuerschutztüren und Feuerschotts abgetrennt sind. Das Verlegen von neuen
Glasfasern durch solche Feuerschotts ist oft sehr aufwändig. Mithilfe der ROADM-Technik lassen sich
Feuerzellen effizient verbinden. So können Netzwerkplaner flexibel und zeitnah auf
Serviceänderungen reagieren, auch ohne komplexe Infrastrukturänderungen wie das Öffnen eines
Feuerschotts.
Neben DWDM-Lösungen benötigen Netzwerkplaner effiziente Designwerkzeuge, um die optischen
Anforderungen verschiedener Netztopologien zu berechnen. Es gibt bereits geeignete Tools, um
Parameter wie die Anzahl der Standorte und deren Entfernungen, die Glasfasertypen sowie die Art der
Services – zum Beispiel zweimal 10GbE von Standort 1 zu Standort 3 – zu managen. Solche Werkzeuge
berechnen daraus den optischen Leistungsverbrauch, sämtliche Wellenlängenfiltereinstellungen und
die Werte für die optischen Verstärker. Der Input lässt sich solange variieren, bis ein optimales
Resultat gefunden ist. Als Output liefert eine solche Software die kompletten Planungsunterlagen,
inklusive Konfigurations- und Materiallisten sowie alle benötigten Installationsparameter.
Fazit
10 Gigabit Ethernet ist derzeit die einzige praxiserprobte Technik, um dem steigenden
Bandbreitenbedarf in optischen Metro- und Campusnetzen zu wirtschaftlich vernünftigen Bedingungen
zu begegnen. Der Markt bietet Lösungen, die die Kapitalkosten bei der Einführung von DWDM
verringern und beim Ausbau vorhandener optischer Netze bereits geleistete Investitionen schützen.
In beiden Fällen führt die Konvergenz von Ethernet und Glasfaser zu sinkenden Betriebskosten der
Gesamtinfrastruktur.
Lesen Sie mehr zum Thema
