Black Box erklärt: Ethernet über Glasfaser BLACK BOX

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1 5th black (ALL) White with FC black diamond White with process black diamond Box erklärt: White with 5th black diamond Ethernet über Glasfaser BLACK BOX / blackbox.com black-box.de

2 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung Wahl der Glasfaser Singlemode Faser Multimode Faser Wirtschaftliche Betrachtung Reichweiten der Übertragung Steckverbinder für Glasfaserkabel Der ST-Stecker Der SC-Stecker Der LC-Stecker Der E2000-Stecker Der MIC-Stecker Der Volition/VF45-Stecker Der MT-RJ-Stecker Der SMA-Stecker Der FC-Stecker Der MPO/MTP-Stecker Der MU-Stecker... 9 Wir kümmern uns! Sollten Sie Frage haben zu den Applikationen, unseren Produkten, oder diesem Whitepaper, sprechen Sie mit dem Box Tech Support: 0811/ oder besuchen Sie black-box.de und klicken Sie auf Talk to a Tech. Wir rufen Sie kostenlos zurück - in Sekundenschnelle. 0811/ black-box.de Seite 2

3 1. Einleitung Netzwerkübertragungen auf Glasfaser bieten Vorteile. Ein Ethernet Signal kann auf Glasfaser weiter übertragen werden als auf Kupfer. Zudem ist es gegenüber elektromagnetischen Störungen resistent. Da Glasfaser von seiner physikalischen Struktur höhere Bandbreiten ermöglicht, ist es auch für schnelle Netzwerkübertragungen besser geeignet, wenn nicht sogar optimal. Während die Wahl des Steckers eher eine philosophische Frage ist, ist die Wahl der Faser sehr entscheidend. Wir unterscheiden zunächst zwischen Multimode und Singlemode. 2. Wahl der Glasfaser 2.1 Singlemode Glasfaser Bei Singlemode ist der Teil der Glasfaser, die das Lichtsignal auf die andere Seite transportiert, sehr eng und schmal. Das ist auch an der Kennzeichnung 9/125μm erkennbar. Dabei ist die 9 der sog. Kerndurchmesser, die 125 der sog. Manteldurchmesser. Es handelt sich hierbei um die typische Singlemode Faser, die für Netzwerkübertragungen zum Einsatz kommt. Sie können sich den Durchlauf des Lichts beim Singlemode Kabel so vorstellen, dass der Lichtstrahl gradlinig durchläuft. Diese Singlemode Kabel erkennen Sie auch oft an der Mantelfarbe. Eine standardisierte und einheitliche Farbkennzeichnung, an die sich alle halten, gibt es aber nicht. In vielen Fällen sind Singlemode Kabel aber grün oder gelb. 2.2 Multimode Glasfaser Bei den Multimode Kabeln reden wir in Bezug auf Netzwerkübertragungen immer von der sog. Gradientenindexfaser. Auch hier ist die Kennzeichnung auf dem Kabel massgeblich: 50/125 oder 62,5/125 μm. Darüber hinaus existieren in manchen Branchen oder Bereichen auch andere Typen. Wie auch beim Singlemode ist die vordere Zahl der Kerndurchmesser, die hintere Zahl der Manteldurchmesser. Die Lichtsignale fallen bei diesem Typ nur selten gerade ein und/oder laufen gradlinig durch, sondern fallen schräg ein und laufen schräg durch. Der Aufbau der Faser (Gradiententyp) bewirkt, dass die Signale, je näher diese an den Rand des Faserkerns kommen, wieder in die Mitte reflektiert werden. Dadurch ist auch beim schrägen Einfall des Lichtsignals gewährleistet, dass diese irgendwie und irgendwann am anderen Ende ankommen. Durch die unterschiedlichen und nicht genau vorhersagbaren Wege des Lichts kann die Signallaufzeit aber variieren. Dieser Aufbau des Multimode Kabels für den Reflektionseffekt wird Modendispersion genannt und beschränkt die Möglichkeiten hinsichtlich Reichweite und Übertragungsbandbreite. Diese wird in Datenblättern mit MHz/km angegeben. Typischerweise erkennen Sie Multimode an der orangen Mantelfarbe. Es existieren entsprechende Abkürzungen. Beim Multimode Kabel mit 50/125er Faser unterscheiden wir noch zwischen einer Standard und einer Turbo Variante. Die Turbo Variante weist einen höheren Bandbreitenwert auf. 0811/ black-box.de Seite 3

4 Fassen wir zusammen: Fasertyp Abkürzung Typische Bandbreite Singlemode 9/125µm OS1 --- Multimode 62,5/125µm OM nm 50/125µm 50/125µm OM2 OM nm nm Sie fragen sich nun, warum verwenden wir überhaupt Multimode, wenn Singlemode so viel besser ist? Aus wirtschaftlichen Gründen natürlich. 3. Wirtschaftliche Betrachtung Bei Singlemode sind die Spielräume eng gestrickt. Wenn der Transceiver, das ist der Baustein, der das Licht emittiert, an der dünnen Singlemode Faser vorbei das Licht einschießt, wird nichts am anderen Ende ankommen. Die bestimmenden wirtschaftlichen Faktoren sind also die höheren Aufwendungen für die qualitativ besseren Transceiver und die hochwertiger gearbeiteten Steckverbinderkontakte. Die Steckverbinder müssen wie die Transceiver die Genauigkeit gewährleisten. Die Licht emittierenden Bausteine sind bei Singlemode Technologie i.d.r. echte Laser, während für Multimode einfachere und günstigere LED Technik ausreicht. Wenn wir Multimode verwenden, tun wir dies also aus rein wirtschaftlichen Gründen. Dabei kalkulieren wir mit ein, dass Defizite in Bezug auf Bandbreite und Reichweite auftreten. 4. Reichweite der Übertragung Die mögliche Reichweite ist neben der Faser aber auch eine Frage von Sendeleistung und Empfangsempfindlichkeit der Transceiver. Mir hilft dabei immer die Vorstellung eines römischen Aquädukts. Vorne schütten Sie soundsoviel Liter Wasser hinein (Sendeleistung). Auf dem Weg bis nach hinten gehen durch Verdunstung und Undichten soundsoviel Liter Wasser verloren. Wie empfindlich muss nun ein Wassersensor am Ende des Aquädukts sein, um noch festzustellen, dass hier Wasser fliesst, wenn schon soundsoviel verloren gegangen ist (Empfangsempfindlichkeit). Diese physikalischen Werte werden alle in db benannt. Dies ist ein logarithmischer Wert, und bedeutet, dass 2dB nicht nur doppelt so viel wie 1dB sind. Trotzdem lässt sich db aber ganz einfach mit Plus und Minus für diese Anwendung berechnen. So besagen z.b. 3dB Verlust, dass Sie die Hälfte Ihrer Sendeleistung verlieren. In unserem bildlichen Beispiel, bei 3dB Verlust schütten Sie vorne 100 Liter hinein und hinten kommen noch 50 Liter an. Bei 10dB Verlust kommen hinten von den 100 Litern dann nur noch 10 Liter an. Pro Steckverbinder (ST, SC, LC, MTRJ etc.) verlieren Sie etwa 1dB. Pro Spleiss verlieren Sie etwas weniger, ich rechne gerne mit 0,5 db. Der Verlust des Lichts auf Ihrer Faser hängt von der Wellenlänge ab und vor allem vom verwendeten Kabel: 0811/ black-box.de Seite 4

5 OM1 OM2 OM3 OS1 bei 850nm 3,5dB 3,0dB 2,5dB --- bei 1310nm 1,0dB 0,8dB 0,7dB 0,4dB bei 1550nm ,3dB Die angegebenen Werte verstehen sich als Verlust pro Kilometer. Eine Singlemode Strecke mit je einem angespleissten Stecker vorne und hinten misst 20 Kilometer und operiert auf 1310nm. Dann berechnet sich der Verlust: 0,4*20 + 1*2 + 0,5*2 = 11dB. Auf dieser Strecke verlieren Sie also insgesamt 11dB. Box gibt in seinen technischen Datenblättern das sog. Link Budget für Glasfaser Netzwerkkomponenten an. Dies errechnet sich aus der Differenz der Sendeleistung und der Empfangsempfindlichkeit. Der Medienwandler LHC005A-R4 (Singlemode 100Mbit 1310nm) ist mit einem Link Budget von 21dB ausgewiesen. Da das Link Budget höher ist als Ihr tatsächlicher Verlust, können Sie erwarten, dass Sie Ihre Strecke ohne Bedenken betreiben können. Der LHC005A-R4 wird von uns mit einer Distanz von 40km ausgewiesen. Rechnen wir das noch mal durch: 0,4*40 + 1*2 + 0,5*2 = 19dB. Bei einer Dämpfungsmessung wird genau diese Dämpfung gemessen und festgehalten. Bei Kauf eines konfektionierten Glasfaserkabels bei Box erhalten Sie immer ein Prüf- und Testprotokoll, woraus Sie genau sehen, welche Dämpfung das Kabel inkl. Stecker hat. Zum Nachmessen ist der TS1300AE verfügbar. Damit erhalten Sie auch ein Protokoll auf Ihrem PC. Neben diesen Dämpfungsmessungen werden auch OTDR Messungen angeboten. Beide sind nicht zu verwechseln. Mit der OTDR Messung erhalten Sie für die Dämpfung der gesamten Leitung nur eine Näherung, können dafür aber fehlerhafte Stellen in Ihrer Faser finden und lokalisieren. OTDR Messequipment ist sehr teuer. Die Verlustrechnung ist immer goldrichtig für Singlemode. Bei Multimode spielt nun aber auch noch die Bandbreite des Kabels eine Rolle. Die immer wieder genannte Segmentlänge von 550m auf OM2 für Gigabit errechnet sich aus der oben ermittelten Bandbreite. Der hochperformante und vollkommen transparente Medienwandler LGC5134A-R3 bietet ein Link Budget von 7,5dB. Mit wieder 3dB Verlust für Stecker und Spleisse gerechnet (7,5dB-3dB=4,5dB) müssten Sie also (4,5dB/3dB) 1,5 Kilometer auf einem Multimode OM2 Kabel (3dB Dämpfung pro km) weit kommen. Die Bandbreite des OM2 Kabels limitiert Sie aber hier auf eben jene 550m. Mögliche Tricks zur Überwindung der typischen Gigabitgrenzen sind die Verwendung von Singlemode Geräten auf Multimode Fasern, begünstigt durch einerseits die Wellenlänge, aber auch durch die hochwertigeren Transceiver. Ein Singlemode Medienkonverter arbeitet mit einem Laser, anstatt mit einer LED wie Multimode Varianten. Der Laser ist genauer, exakter und streut das Licht nicht wie eine LED. Eine Formel oder Garantie kann Ihnen hier niemand geben. Aus meiner Erfahrung sind % mehr Distanz möglich. 0811/ black-box.de Seite 5

6 Parallel dazu können Sie auch ein Mode Conditioning Kabel einsetzen. Es handelt sich dabei augenscheinlich um ein buntes LWL Patchkabel. Die bunte Seite besteht aus einem Teilstück Single- und einem Teilstück Multimode Kabel. Zwischen den beiden wird das Licht neu positioniert, damit es durch die breite Multimode Faser geradliniger durchläuft. Je geradliniger das Licht durch die Multimode Faser läuft, desto mehr tritt das Thema Bandbreite in den Hintergrund. Mit einem Singlemode Medienwandler (z.b. LGC5137A) und einem Mode Conditioning Kabel sind auf einer OM2 Multimode Faser so bis zu 2 Kilometer Reichweite möglich. Die Bandbreite betrachtend wird schnell klar, welches Thema Ihnen in Zukunft bei 10Gigabit mit Multimode Kabeln nach OM1 oder OM2 blüht. Laut Standard sind auf OM2 nur noch 82 Meter möglich. Planen Sie also vorausschauend mit Singlemode OS1 oder OM3 Multimode. Ein Glasfaserkabel kann nicht nur zu lang, sondern auch zu kurz sein. Das betrifft aber nur die Singlemode Technologie. Bei zu kurzen Kabeln kann es zu einem Übersteuern des Empfängers kommen. Das ist ein ähnlicher Effekt wie beim Autofahren, wenn Ihnen abends jemand mit Aufblendlicht entgegen kommt. Hier kommen sogenannte Dämpfungsglieder zum Einsatz. Das sind kleine Kupplungen (Stecker auf Kupplung zum Einschleifen), die einfach eine vordefinierte Dämpfung einbringen. Diese sind bei Box für 2, 5 oder 10dB erhältlich. Das schöne und praktische bei Ethernet auf Glasfaser ist, dass der Aufbau von Ethernet uns vor Datenfehlern auch in Grenzfällen schützt. Kommt es zu einer fehlerhaften Übertragung, dann wird das Ethernet Paket noch mal gesendet. Haben Sie also in Ihrer Glasfaser-Strecke eine Inkonsistenz (zu lang, zu kurz, zu viel Dämpfung o.ä.) erkennen Sie dies über das Management Ihrer Netzwerk Switche und Medienwandler sowie an der effektiven Nettodatenrate. 5. Steckverbinder für Glasfaserkabel Wenn Sie Experten befragen, welches der bessere Stecker ist, erhalten Sie unterschiedlichste Antworten. Das liegt an den unterschiedlichen technischen und vertrieblichen Prioritäten. Hier nun finden Sie unabhängige Informationen: 5.1 Der ST-Stecker Sehr gängiger Steckertyp. Auch bekannt als Bajonettverschluss. Vorteil ist, dass eine gewisse Zugentlastung gegeben ist. Nachteil ist, dass viele User sich beim Einstecken schwer tun. Einer Nase folgend muss passend eingeführt und dann gedreht werden. Der ST Stecker zählt zu den günstigen Varianten. Kreuzen fällt sehr leicht, da ein Stecker nur eine Faser trägt. Der ST ist für Multi- und Singlemode verfügbar. 0811/ black-box.de Seite 6

7 5.2 Der SC-Stecker Der SC Stecker wurde vor allem bei 100Mbps Anschlüssen vermehrt eingesetzt. Eine Zugentlastung oder Verriegelung ist nicht gegeben. Jeder Stecker trägt eine Faser, für Duplex werden beide Stecker über einen Steg verbunden, der nur schwer wieder auflösbar ist. Der SC Stecker ist nicht platz sparend. Es gibt ihn in zwei Variationen: PC (Geradeschliff) und APC (Schrägschliff). APC (Angled Physical Contact) ist bei SC eher selten. Der SC ist heute neben dem ST sowohl für Multi- als auch Singlemode sehr gängig. 5.3 Der LC-Stecker Der LC-Typ wurde mit den SFP Modulen eingeführt. Höhere Portdichten sind möglich. Der LC ist fast immer als Duplex eingesetzt, es sind jedoch zwei kleine Einzelstecker. Jeder trägt eine Faser. Ein kleiner Plastikhebel ermöglicht ein Einschnappen des Steckers, aber dieser Hebel bricht häufig, wenn die Stecker gekreuzt werden sollen. LC gibt es für Multiund Singlemode. 5.4 Der E2000-Stecker Etwas älterer Steckertyp, der heute selten angetroffen wird. Wurde gerne bei Singlemode eingesetzt. E2000 ist häufig ein APC (Schrägschliff) im 8 Grad Winkel. Hierfür ist auch die Bezeichnung HRL (High Return Loss) gebräuchlich. Im E2000 ist nur eine Faser enthalten, ein Schnappverschluss besteht ebenfalls. 5.5 Der MIC-Stecker Einer der ältesten Stecker überhaupt. Wurde mit FDDI eingesetzt. Der MIC Stecker hatte seine Vorteile, kann aber heute auf Grund seiner Grösse kaum ausreichend Portdichten bereitstellen. 0811/ black-box.de Seite 7

8 5.6 Der Volition/VF45-Stecker Der Volition (sprich Wohlischn, auch VF45) Stecker wurde von 3M eingeführt und promotet. Heute ist er so gut wie vom Markt verschwunden. Es gab einige technische Defizite des Steckers vor allem in Bezug auf Steckzyklen und Dämpfung. Für entsprechende Glasfaserkabel mit diesem Stecker sind zum Teil hohe Beträge zu entrichten. 5.7 Der MT-RJ-Stecker Das Gegenkonzept zu Volition kam von AMP/Tyco und nannte sich MT-RJ. Die Form und der Name sollte an den RJ45- Stecker erinnern. Auch MT-RJ erreichte keine wirkliche Marktpräsenz in der Breite und kämpfte mit technischen Unwegbarkeiten. Wie beim Volition sind auch beim MT-RJ zwei Fasern untrennbar im Stecker vereint. Nachträgliches Kreuzen ist nicht möglich. 5.8 Der SMA-Stecker Eine weitere Steckervariante, die heute nicht mehr gebräuchlich ist. Diese war existent als 905 und 906 Variante. 5.9 Der FC-Stecker Der FC Stecker wird gerne mit dem ST Stecker verwechselt. Es handelt sich um einen älteren Steckertyp, der komplett verschraubt wird. Der FC ist vom Markt verschwunden. Er tauchte in den Variationen PC und APC auf. 0811/ black-box.de Seite 8

9 5.10 Der MPO/MTP-Stecker Der MPO (auch herstellerspezifisch MTP genannt, ist aber dasselbe und kompatibel) ist ein 12 Faser Stecker. Es sind also 12 Fasern mit einem Stecker sehr schnell angeschlossen. Dadurch hält sich die Anzahl der Steckzyklen in Grenzen und das Kreuzen fällt schwer. MPO wird gerne in Patchfeldern und Schränken verwendet. Selten sind aktive Geräte mit diesem Anschluss Der MU-Stecker Der MU Stecker ist eine Rarität. Er sieht ein bisschen wie ein SC-Stecker aus und hat etwa die Grösse eines LCSteckers. Der Schnappverschluss fehlt beim MU. Die Netzwerkwelt divergiert in der Frage der richtigen Steckers erheblich. Sie erwarten nun natürlich unsere Meinung bzw. Empfehlung. Die Steckervarianten MTRJ und Volition sind aus technischer Sicht auszuschliessen. MIC, FC und E2000 sind nicht mehr zeitgemäss, kaum zu beschaffen und in Zukunft nur noch mit erheblichem Mehrpreis unterstützbar. Der MU wäre eine interessante Alternative, wird aber aus unserer Sicht die Marktdurchdringung nicht schaffen. MPO/MTP Stecker könnten Sie dann verwenden, wenn Sie im Backbone Bereich viele Verbindungen auf einen Schlag patchen möchten. Die Planung solcher Vorhaben sollte genauestens geprüft werden, da direkte Verbindungen von MTP/MPO untereinander nur eingeschränkt möglich sind. Es bleiben noch LC, SC und ST. LC bietet Ihnen hohe Portdichte. SC hat Mängel bei der ordentlichen Einrastfunktion und braucht relativ viel Platz. ST ist der günstigste und gängigste Stecker. Ihre Switche haben heute in der Regel LC Anschlüsse über SFP Module. Allerdings gibt es keine Regel, die besagt, dass Ihr Patchfeld dieselben Anschlüsse wie Ihre Switche haben müssen. Patchkabel mit ST an einem und LC am anderen Ende sind also kein Thema. Die Steckervarianten ST und LC eignen sich beide für Multi- und Singlemode. Sie müssen nur darauf achten, die richtigen Stecker und Kupplungen zu verwenden. Wie Sie eingangs gelernt haben, führt ein Verwechseln zu hohen Dämpfungen oder zum Blockieren des Lichts. Der typische Aufbau Ihrer Glasfaserverkabelung besteht aus einem Kabel in der Wand und einem Patchfeld im Schrank. Das unbestückte Glasfaser Patchfeld JPE004F (siehe links) zum Beispiel. Es kann bis zu 24 ST Kupplungen aufnehmen. Diese Kupplungen erlauben Ihnen vorne und hinten einen ST Stecker zu platzieren. Verwenden Sie die Kupplung FOE401 für Multimode und FOE402 für Singlemode. Sie könnten sogar mischen. 0811/ black-box.de Seite 9

10 Bei Verwendung von vorkonfektionieren Glasfaserkabeln sollte dann ebenfalls die Wahl auf den ST Stecker fallen. Die Enden dieser Kabel passen in die Kupplungen im Inneren des Patchfeldes. Aussen können Sie nun LC-ST Patchkabel zu Ihren Switchen bzw. SFP Modulen verwenden. Bei Verwendung von Glasfaserkabeln, die vor Ort gespleisst werden, kommt zusätzlich in das Patchfeld eine sog. Spleisskassette. Darin sind die per Lichtbogen verschweissten Verbindungen untergebracht. Sie enden wie auch die vorkonfektionierten Glasfaserkabel hinten an den Kupplungen. Neben der Spleisskassette benötigen Sie noch Pigtails (z.b. EFE M-P, OM2 mit ST). Ein Pigtail ist im Prinzip ein halbes Patchkabel. Auf der einen Seite mit Stecker (in unserem Fall ST), auf der anderen Seite offen und vorbereitet für den Spleiss. Alternativ zu den Patchfeldern für den 19 Schrank sind auch Wandgehäuse mit oder ohne Schloss verfügbar (Abbildung zeigt JPM402A-R2 von Box). Je nach Variante können Sie darin bis zu 48 ST Verbindungen unterbringen. Für SC Verbindungen sind sogar verschiedenfarbige Kupplungen verfügbar. Bei Ihren Planungen sollten Sie auch immer auf ausreichend Platz achten. Ein Glasfaser Patchfeld muss nach vorne Platz haben, damit die Patchkabel nicht zu sehr geknickt werden. Bedenken Sie immer, dass die Glasfaser empfindlich ist. Daher ist von zu fest gezogenen Kabelbindern auch abzuraten. Besser ist die Verwendung von Klettbändern. Diese erhalten Sie z.b. bei Box als komfortable Rolle Klett Kabelbinder FT9550 mit 22,8m. Sie schneiden einfach so viel von der Rolle wie Sie brauchen, wickeln es um das Kabelbündel und fertig. Jetzt bleibt nur die Frage, warum wir diese oder jene Wellenlänge verwenden. Zunächst ist die Wellenlänge in der Art der Lichtemittenten begründet. Je nach Topologie und Reichweite kommen einfache LEDs oder Laser zum Einsatz. Als grundlegende Wellenlängen, die in er Praxis relevant sind. haben sich die 800er, 1300er und 1500er Wellenlängen, herauskristallisiert. Für andere Wellenlängen dazwischen oder darunter oder darüber wären die Lichtemittenten zu teuer oder die Dämpfung des Glasfaserkabels ist zu hoch. Bei der Produktion von Glasfaserkabeln kommt es zum Einschluss von Wasserstoff, der gerade im Bereich von 1400nm erheblich dämpft. Michael Wüst Box Deutschland GmbH European Product Manager Networking 0811/ black-box.de Seite 10