Migration zum 40-Gbit/s-Rechenzentrum mit QSFP-BiDi-Technologie von Cisco

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1 Whitepaper Migration zum 40-Gbit/s-Rechenzentrum mit QSFP-BiDi-Technologie von Cisco Übersicht Als Folge der Konsolidierung von Rechenzentren, fortlaufender Servervirtualisierung und Anwendungen, die schnellerer Datenübertragungsraten erfordern, ist ein Wechsel des Rechenzentrumsnetzwerks zu 10 Gbit/s (Access Layer) bzw. 40 Gbit/s (Aggregation Layer) notwendig. 10- und 40-Gbit/s-Netzwerkgeräte mit hoher Leistung und Dichte, z. B. Switches der Cisco Nexus und 9300-Plattform, sind für diesen Übergang ab sofort zu attraktiven Preisen erhältlich. Damit 40-Gbit/s-Verbindungen im Rechenzentrum unterstützt werden, ist jedoch ein umfassender Ausbau der Kabelinfrastruktur erforderlich. Die dadurch entstehenden Kosten und Ausfälle halten viele Betreiber von Rechenzentren von einer schnellen Migration zur 40-Gbit/s-Technologie ab. Cisco löst dieses Problem mit seiner innovativen 40-Gbit/s-QSFP-BiDi-Technologie (Quad Small Form-Factor Pluggable bidirektional), mit der die Glasfasermigration durch die Nutzung vorhandener 10-Gbit/s-Kabel für 40-Gbit/s-Geräte ohne zusätzliche Kosten möglich ist. In diesem Dokument wird der 40-Gbit/s-QSFP-BiDi-Transceiver von Cisco vorgestellt. Dazu werden die möglichen Kosteneinsparungen bei der Migration zu 40 Gbit/s aufgezeigt. Herausforderungen bisheriger 40-Gbit/s-Transceiver Bisherige Transceiver mit kurzer Reichweite (SR) für 40-Gbit/s-Verbindungen im QSFP-Formfaktor (z. B. QSFP SR4 und QSFP CSR4) nutzen getrennte Sende- und Empfangsabschnitte mit je 4 parallelen Glasfasersträngen. Für eine 40-Gbit/s-Duplexverbindung sind 8 Glasfaserstränge erforderlich. Sowohl QSFP SR4 als auch QSFP CSR4 nutzen MPO-12F-Anschlüsse (MPO 12-Glasfaser). Pro Verbindung werden also 4 Glasfaserstränge verschwendet. Abbildung 1 zeigt die bisherigen 40-Gbit/s-QSFP-Lösungen mit kurzer Reichweite Cisco und/oder Partnerunternehmen. Alle Rechte vorbehalten. Dieses Dokument enthält öffentliche Informationen von Cisco. Seite 1 von 7

2 Abbildung 1. Konzept bisheriger 40-Gbit/s-Transceiver Bei bisherigen QSFP-Transceivern ist für jede Direktverbindung zwischen zwei Geräten ein MPO-MPO-12F-Kabel erforderlich. Bei einer strukturierten Verkabelung mit Patchfeldern und Glasfaser-Trunks sind für eine 40-Gbit/s- Verbindung MPO-MPO-Glasfasern zwischen den Geräten und Patchfelder sowie 4 Duplex-Multimode-Glasfasern (MMF) im Glasfaser-Trunk erforderlich. In heutigen Rechenzentrumsnetzwerken ist die Glasfaserinfrastruktur des Aggregation Layers in der Regel für 10-Gbit/s-Verbindungen optimiert. Dabei werden entweder Direktverbindungen zwischen Geräten über LC-LC-MMF unterstützt, oder die Geräte werden über LC-LC-Glasfasern mit Patchfeldern verbunden. Pro 10-Gbit/s-Verbindung ist eine Duplex-MMF-Glasfaser im Glasfaser-Trunk vorhanden. Für 40-Gbit/s-Verbindungen über herkömmliche 40-Gbit/s-Transceiver ist die Nutzung direkt verbundener LC-LC- Glasfasern nicht möglich. Außerdem ist eine vier- bis sechsmal höhere Dichte in den Glasfaser-Trunks erforderlich, um die Anforderungen einer 40-Gbit/s-Verbindung zu erfüllen. Diese Eigenschaften tragen zu den hohen Kosten für die Migration von 10-Gbit/s-Verbindungen zu 40-Gbit/s-Verbindungen in bestehenden Rechenzentren bei. Lösung mit 40-Gbit/s-QSFP-BiDi von Cisco Der Cisco QSFP-BiDi-Transceiver bewältigt die Herausforderungen von Glasfaserinfrastrukturen, da er Vollduplex- Datenverkehr mit 40 Gbit/s über ein Duplex-MMF-Kabel mit LC-Anschlüssen übertragen kann. Bei 40-Gbit/s- Verbindungen über den Cisco QSFP-BiDi-Transceiver können also vorhandene direkt verbundene 10-Gbit/s-Glasfasern und der bestehende Glasfaser-Trunk genutzt werden, ohne dass neue Glasfasern installiert werden müssen. Der Cisco QSFP-BiDi-Transceiver (QSFP-40G-SR-BD) ist ein optischer Transceiver mit kurzer Reichweite, bei dem 40 Gbit/s über OM3- oder OM4-Duplex-MMF-Leitungen realisiert werden. Er ist MSA-konform. Abbildung 2 zeigt einen Cisco QSFP-BiDi-Transceiver. Abbildung 2. Cisco QSFP-BiDi-Transceiver (QSFP-40G-SR-BD) 2013 Cisco und/oder Partnerunternehmen. Alle Rechte vorbehalten. Dieses Dokument enthält öffentliche Informationen von Cisco. Seite 2 von 7

3 Der Cisco QSFP-BiDi-Transceiver verfügt über zwei 20-Gbit/s-Kanäle, auf denen Übertragung und Empfang gleichzeitig auf zwei Wellenlängen über einen MMF-Strang erfolgen. Dadurch entsteht eine aggregierte 40-Gbit/s- Duplexverbindung über eine Duplexglasfaser mit zwei MMF-Strängen. Der Cisco QSFP-BiDi-Transceiver nutzt Duplex-LC-Anschlüsse. Die Reichweite der Verbindung beträgt bis zu 100 Meter (OM3-MMF) bzw. 125 Meter (OM4-MMF). Die Teilenummer des Cisco QSFP-BiDi-Transceivers lautet QSFP-40G-SR-BD. Abbildung 3 zeigt das technologische Konzept, das dem Cisco QSFP-BiDi-Transceiver zugrunde liegt. Produkte von Cisco, die 40-Gigabit-Ethernet-Schnittstellen unterstützen (z. B. die Switches der Cisco Nexus Serie 9000) unterstützen allgemein auch den QSFP-BiDi-Transceiver. Eine vollständige Liste der unterstützten Produkte finden Sie auf der Produktseite zu den optischen 40-Gigabit-Transceivern unter Abbildung 3. Konzept des QSFP-BiDi-Transceivers Einsparungen durch den Cisco QSFP-BiDi-Transceiver bei der Migration von 10 Gbit/s zu 40 Gbit/s In diesem Abschnitt werden die Einsparungen durch den Einsatz des Cisco QSFP-BiDi-Transceivers für 40-Gbit/s- Verbindungen in Rechenzentrumsnetzwerken anhand von verschiedenen Anwendungsbeispielen verdeutlicht. Die Fallbeispiele zeigen, wie die finanziellen Hürden zur Migration und Erweiterung der bestehenden 10-Gbit/s- Verkabelung zu einer 40-Gbit/s-Infrastruktur durch die QSFP-BiDi-Technologie von Cisco überwunden werden können, um die höhere Datenrate im Netzwerk zu realisieren. Anwendungsbeispiel 1: Gbit/s-Verbindungen mit unstrukturierter Verkabelung Bei einer unstrukturierten Verkabelung sind die Geräte über Glasfaserkabel direkt verbunden. Über solche Direktverbindungen können Geräte im Rechenzentrum über kurze Entfernungen vernetzt werden. Wie in Abbildung 4 gezeigt, können Direktverbindungen zwischen zwei 40-Gbit/s-Geräten über MMF-Kabel mit entweder QSFP-SR4- oder QSFP-BiDi-Transceivern an beiden Enden hergestellt werden. Abbildung Gbit/s-Direktverbindungen 2013 Cisco und/oder Partnerunternehmen. Alle Rechte vorbehalten. Dieses Dokument enthält öffentliche Informationen von Cisco. Seite 3 von 7

4 Der QSFP-SR4-Transceiver nutzt MPO-12F-Anschlüsse, der Cisco QSFP-BiDi-Transceiver dagegen LC-Anschlüsse. Bisher wurden 10-Gbit/s-Verbindungen in der Regel über MMF-Kabel mit LC-Anschlüssen realisiert. Aus diesem Grund können bei QSFP-SR4-Transceivern keine vorhandenen 10-Gbit/s-MMF-Kabel genutzt werden, da sich die Anschlusstypen unterscheiden. Bei Cisco QSFP-BiDi-Transceivern können die Kabel dagegen weiter verwendet werden, sodass die Migration von 10-Gbit/s-Direktverbindungen zu 40-Gbit/s-Direktverbindungen ohne zusätzliche Kosten möglich ist. In Tabelle 1 sind Kosten und Einsparungen bei der Migration von 288 bestehenden Direktverbindungen dargestellt. Bei der Migration der Gbit/s-Verbindungen zu 40-Gbit/s-Verbindungen mit Cisco QSFP-BiDi-Transceivern entstehen keine zusätzlichen Kosten für Kabel. Im Vergleich zu QSFP-SR4-Transceivern sinken die Kosten mit Cisco QSFP-BiDi-Transceivern um 100 Prozent, die Einsparungen betragen bis zu 290 US-Dollar pro 40-Gbit/s-Port. Tabelle 1. Migration bestehender 10-Gbit/s-Direktverbindungen zu 40-Gbit/s-Direktverbindungen Kosten für Glasfaserkabel * 30 m 60 m 100 m QSFP SR4 (288 x 12-Glasfaseranschlüsse) (USD) USD USD USD Cisco QSFP BiDi (288 x 2-Glasfaseranschlüsse) (USD) 0 USD 0 USD 0 USD Einsparungen (USD) USD USD USD Einsparungen pro 40-Gbit/s-Port (USD) 111 USD 186 USD 290 USD Prozentuale Kostenreduzierung 100 % 100 % 100 % * Dieses Beispiel basiert auf geschätzten tatsächlichen Kosten für Kabel. Kosten für die Transceiver sind nicht enthalten. Für den Fall, dass für die Migration oder Erweiterung des Rechenzentrums zusätzlich zur bestehenden Kabelinfrastruktur 288 neue 40-Gbit/s-Direktverbindungen benötigt werden, sind in Tabelle 2 die Kosten und Einsparungen bei 288 neuen Verbindungen über Cisco QSFP-BiDi- anstelle von QSFP-SR4-Transceivern dargestellt. Mit Cisco QSFP-BiDi-Transceivern lassen sich die Kosten um bis zu 77 Prozent reduzieren und Einsparungen von bis zu 221 US-Dollar pro 40-Gbit/s-Port erzielen. Tabelle 2. Neue Bereitstellung von 40-Gbit/s-Direktverbindungen Kosten für Glasfaserkabel * 30 m 60 m 100 m QSFP SR4 (288 x 12-Glasfaseranschlüsse) (USD) USD USD USD Cisco QSFP BiDi (288 x 2-Glasfaseranschlüsse) (USD) USD USD USD Einsparungen (USD) USD USD USD Einsparungen pro 40-Gbit/s-Port (USD) 84 USD 141 USD 221 USD Prozentuale Kostenreduzierung 75% 76 % 77 % * Dieses Beispiel basiert auf geschätzten tatsächlichen Kosten. Anwendungsbeispiel 2: Gbit/s-Verbindungen mit strukturierter Verkabelung Eine strukturierte Verkabelung wird im Allgemeinen bereitgestellt, um eine flexible und skalierbare Infrastruktur in Rechenzentren zu erhalten. Bei strukturierten Verkabelungen werden die Geräte über kurze Patchkabel mit einem Patchfeld verbunden. Die Kabel werden in Glasfaser-Trunks entweder für weitere Verbindungen zentral konsolidiert oder zu einem weiteren Patchfeld geführt, mit dem Remote-Geräte verbunden sind. Abbildung 5 zeigt ein einfaches Beispiel für eine strukturierte 10-Gbit/s-Verkabelung Cisco und/oder Partnerunternehmen. Alle Rechte vorbehalten. Dieses Dokument enthält öffentliche Informationen von Cisco. Seite 4 von 7

5 Abbildung 5. Einfaches Beispiel einer strukturierten 10-Gbit/s-Verkabelung Zur Migration eines Rechenzentrums mit strukturierter 10-Gbit/s-Verkabelung mit QSFP-BiDi-Technologie von Cisco kann die bestehende Verkabelung (einschließlich Patchkabeln, Patchfeldern mit MTP/MPO-LC-Modulen und Glasfaser-Trunks) auch für 40-Gbit/s-Verbindungen genutzt werden. Für QSFP-SR4-Transceiver sind dagegen neue Patchkabel und Patchfelder erforderlich, da sich die Anschlusstypen unterscheiden und die Größe des Glasfaser-Trunks vervierfacht werden muss. In diesem Fallbeispiel wird ein einfaches blockierungsfreies Fabric-Design mit zwei Ebenen untersucht (Abbildung 6), das über Gbit/s-Edge-Ports auf dem Leaf-Layer verfügt. Das Spine-Layer besteht aus zwei Switches der Cisco Nexus Serie Das Leaf-Layer setzt sich aus 32 Switches der Cisco Nexus Serie 9396PX mit je sechs 40-Gbit/s-Verbindungen zu den Switches der Cisco Nexus Serie 9508 auf dem Spine-Layer zusammen. Insgesamt sind Gbit/s-Verbindungen zwischen Leaf- und Spine-Layer vorhanden. Abbildung 6. Beispiel für ein Netzwerk mit zwei Ebenen Wenn dieses Netzwerk aus Gbit/s-Verbindungen aufgebaut wird, entstehen keine zusätzlichen Kabelkosten, sofern für alle 40-Gbit/s-Verbindungen Cisco QSFP-BiDi-Transceiver zum Einsatz kommen. Somit ermöglicht dieses Szenario eine Kosteneinsparung von 100 Prozent im Vergleich zum Neuaufbau der Verkabelung mit QSFP-SR4-Transceivern, einschließlich Kosten für neue Patchkabel, neue Patchfelder und Erweiterung des bestehenden Glasfaser-Trunks Cisco und/oder Partnerunternehmen. Alle Rechte vorbehalten. Dieses Dokument enthält öffentliche Informationen von Cisco. Seite 5 von 7

6 Wenn die bestehende Verkabelung in diesem Netzwerk erweitert werden soll, können die Gbit/s- Verbindungen über MMF-Kabel und QSFP-SR4-Transceiver oder QSFP-BiDi-Transceiver hergestellt werden. Die Abbildungen 7 und 8 zeigen jeweils ein Beispiel für diese beiden Optionen. In den Tabellen 3 und 4 sind die geschätzten tatsächlichen Kosten für beide Designs dargestellt. Die Kosten werden pro 40-Gbit/s-Verbindung bestimmt und anschließend auf Gbit/s-Verbindungen hochgerechnet. Wie aus den Tabellen hervorgeht, beträgt die Kosteneinsparung mit Cisco QSFP-BiDi-Transceivern etwa 76 Prozent gegenüber QSFP-SR4- Transceivern. Dies entspricht US-Dollar pro 40-Gbit/s-Verbindung. Abbildung 7. Strukturierte 40-Gbit/s-Verkabelung mit QSFP-SR4-Transceivern Tabelle 3. Kosten einer strukturierten 40-Gbit/s-Verkabelung mit QSFP-SR4-Transceivern Strukturierte 40-Gbit/s-Verkabelung mit QSFP-SR4-Transceivern 12-Glasfaser-MPO-MPO-Trunk-Verkabelung (90 m) (nur 8 Glasfasern für QSFP SR4 erforderlich) Einheitspreis Anzahl Erweiterter Preis USD 0, USD 12-Glasfaser-MPO-MPO-Trunk-Modul 525 USD 0, USD 12-Glasfaser-MPO-Jumper 340 USD 2, USD Anteiliger Glasfaserpreis pro 40-Gbit/s-Verbindung (100 m) Hochgerechneter Glasfaserpreis für Gbit/s- Verbindungen (100 m) USD USD Abbildung 8. Strukturierte 40-Gbit/s-Verkabelung mit QSFP-BiDi-Transceivern Tabelle 4. Kosten einer strukturierten 40-Gbit/s-Verkabelung mit QSFP-BiDi-Transceivern Strukturierte 40-Gbit/s-Verkabelung mit QSFP-BiDi-Transceivern 12-Glasfaser-MPO-MPO-Trunk-Verkabelung (90 m) (nur 2 Glasfasern für QSFP BiDi erforderlich) Einheitspreis Anzahl USD 0, USD 12-Glasfaser-MPO-LC-Trunk-Modul 525 USD 0,17 88 USD 12-Glasfaser-LC-Jumper 75 USD 2, USD Anteiliger Glasfaserpreis pro 40-Gigabit-Ethernet-Verbindung (100 m) Hochgerechneter Glasfaserpreis pro 40-Gigabit-Ethernet- Verbindung (100 m) Erweiterter Preis 545 USD USD 2013 Cisco und/oder Partnerunternehmen. Alle Rechte vorbehalten. Dieses Dokument enthält öffentliche Informationen von Cisco. Seite 6 von 7

7 Fazit Durch die QSFP-BiDi-Technologie von Cisco fallen die finanziellen Hürden bei der Migration bestehender 10-Gbit/s-Verkabelung zu einer 40-Gbit/s-Infrastruktur im Rechenzentrum weg. Mit Cisco QSFP-BiDi-Transceivern können 40-Gbit/s-Verbindungen erheblich einfacher und kostengünstiger als mit anderen 40-Gbit/s-QSFP- Transceivern realisiert werden. Cisco QSFP-BiDi-Transceiver ermöglichen es Unternehmen, ihre bestehende 10-Gbit/s-Verkabelung ohne zusätzliche Kosten auf 40 Gbit/s umzustellen und ihre Infrastruktur mit geringen Kapitalinvestitionen zu erweitern. In Verbindung mit den Switches der Cisco Nexus Serie 9000, die zu attraktiven Preisen erhältlich sind, ist die QSFP-BiDi-Technologie von Cisco eine kostengünstige Lösung für die Migration einer 10-Gbit/s- zu einer 40-Gbit/s-Infrastruktur. Weitere Informationen Weitere Informationen zu 40-Gbit/s-BiDi-Transceivern von Cisco finden Sie unter Gedruckt in den USA C / Cisco und/oder Partnerunternehmen. Alle Rechte vorbehalten. Dieses Dokument enthält öffentliche Informationen von Cisco. Seite 7 von 7

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