Gigabit Ethernet mit 40Gbit/s und 100Gbit/s. Dr. Lutz Müller Netzwerk Kommunikationssysteme GmbH

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1 Gigabit Ethernet mit 40Gbit/s und 100Gbit/s Netzwerk Kommunikationssysteme GmbH

2 Videokommunikation frisst Bandbreite Bis zum Jahr 2015 wird das Datenvolumen im Internet 50-mal höher sein als 2008 Treiber: Anwendungen wie Google Maps, Google Earth, YouTube, Videokonferenzen (ca. 6,75GB/h), Streaming in Multicast-Technik (Video-on-Demand), z.b. TV- Fernsehfilm in HD-Qualität erzeugt 25GByte Speichersysteme wachsen rasant, USB-Sticks mit 16GB, SDXC-Karten von 32GB bis hin zu 2TB, Blue-Ray-Disks (Dual Layer) mit 50GB Folie: 2

3 Das Prinzip für 40/100GE Full-Duplex-Übertragung bei Beibehaltung des Ethernet Frame Formats und der MAC-Schicht Bitfehlerrate (BER) besser gleich Aufteilung des Datenstromes auf mehrere parallele Kanäle (Virtual Lanes mit 5/10Gbit/s): 4/10/20 40/100GBE werden per Bit-Multiplexing auf 4/10 physikalische Kanäle verteilt 4x10GBit/s = 40Gbit/s 10x10Gbit/s = 100Gbit/s 10GE-Technologie standardisiert und praxiserbrobt durch parallele Übertragung entstehen neue Anforderungen an die Übertragungsstrecken und Steckverbinder Folie: 3

4 Konzept der Virtuellen Kanäle Folie: 4

5 Aktueller Stand der Normierung bei 40/100GE Vom Normierungsinstitut IEEE wurden unter der Bezeichnung IEEE 802.3ba folgende Interfaces spezifiziert: Medium Glasfaser Kupfer Reichweite 40 km 10 km 100 m 10 m 1 m Technologie Singlemode OS1 Singlemode OS1 Multimode OM3 Twinax Cat.7 Backplane 40 GbE - 40 GBase-LR4 (4x10 Gbit/s) 40 GBase-SR4 (4x10 Gbit/s) 40 GBase-CR4 (4x10 Gbit/s) 40 GBase-KR4 (4x10 Gbit/s) 100 GbE 100GBase-ER4 (4x25 Gbit/s) 100GBase-LR4 (4x25 Gbit/s) 100GBase-SR10 (10x10 Gbit/s) 100GBase-CR10 (10x10 Gbit/s) - K-Backplane, C-Copper, S-Short 850nm, L-Long 1310nm, E-Extra Long 1550nm, R für 64/66B Kodierung Verabschiedung der Norm für Juni 2010 geplant Folie: 5

6 Parallel-Optische Übertragung Hoher Platzbedarf und hohe Qualitätsanforderungen an Kabel und Stecker 2 Fasern pro Kanal 10 Kanäle: 20 Fasern Mehrfaserstecker: MPO-Stecker für 4, 8, 12 bis 72 MMF und SMF (kompatibel mit dem MTP- Stecker, MTP eingetragenes Warenzeichen von US Conec Ltd.) Laseroptimierte Fasern (LOMMF) mit geringer Dispersion zur Vermeidung zu großer Laufzeitunterschiede Trend: Vorkonfektionierte Systeme für Rechenzentren von verschiedenen Herstellern am Markt Folie: 6

7 Standards bei Multimode-Glasfaser Die OM-Klassifizierung für Glasfaserkabel im Bereich Multimode OM- Klassifizierung nach ISO/IEC Multimode- Fasertyp Modale (LED) Bandbreite (MHz km) bei 850/1300 nm Effektive modale (Laser) Bandbreite (EMB MHz km) bei 850 nm Linklänge 10GBit/s SR (850nm) Linklänge 40/100 GBit/s OM1 50 oder 62,5 µm 200/ m - OM2 50 oder 62,5 µm 500/ m - OM3 50 µm 1500/ m 100 m* OM4 50 µm 3500/ m 150 m* * Zurzeit das Ziel in IEEE 802.3ba Folie: 7

8 Unterschiede zwischen OM3 und OM4 OM3 und OM4 sind standardisierte, laseroptimierte Multimodefasern (LOMMF) mit 50µm Kerndurchmesser Optimierung des Faserkerns für Anregung mit 850nm- VCSEL-Laser (Vertical Cavity Surface Emitted Laser) OM4 ist eine Weiterentwicklung zu höheren Bandbreiten (> 4.700MHz x km) Dadurch größere Entfernungen bzw. Anzahl Steckverbindern möglich als bei OM3 550m bei 10GE und 150m bei 100GE OM4 seit mehr als 5 Jahren am Markt verfügbar (z.b. OFS LaserWave 550) Folie: 8

9 Kalkulierte minimale Modale Bandbreite minembc Folie: 9

10 Wirkliche Systembandbreite Die minembc liefert echten skalierbaren Bandbreiteparameter in MHz km Differential Mode Delay (DMD)-Verfahren geben nur eine Aussage bestanden/nicht bestanden für die OM- 3 Bandbreiten-Spezifikation von 2000MHz km ja -> OM-3, nein -> OM-2 minembc verknüpft die DMD-Meßdaten mit der Lasercharakteristik von normkonformen VCSEL Laser (10 Gruppen von der TIA festgelegt) minebmc wurde mittlerweile von zahlreichen Komponenten und Systemherstellern anerkannt und von der IEC in internationale Normen aufgenommen Folie: 10

11 OM4 Glasfaser der nächsten Generation Eine höhere maximale Reichweite erlaubt höhere Systemreserven und eine größere Flexibilität beim Aufbau (z.b. Anzahl möglicher Steckverbinder/Rangierungen) Mehrmoden-Faserart OM-4 OM-3 Marge für Steckververbinder bei 10GB Ethernet mit 300m 0,0 0,5 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 Steckverbinderdämpfung in db Standardspanne bei angegebenen Wert Potenzielle Reservemarge Folie: 11

12 Kommt 40/100GE über Kupfer? Grösstes Problem: Wärmeentwicklung Leistungsverbrauch für Senden/Empfangen bei Kupferkabel bei 100Mbit/s: 250mW (bei LWL: 600mW) Bei 10Gbit/s: 10W (bei LWL: 2W) Ursache: hohe Rechenleistung für Logik zur Rauschunterdrückung notwendig Derzeit nur max. 10m für Twinax-Kabel definiert: 40GBase-CR4 und 100GBase-CR10 Keine Unterstützung für Twisted-Pair-Kabel geplant Folie: 12

13 Technologische Trends in Rechenzentren Vor-/Werkskonvektionierte Kabelsegmente Steckbare Kassetten und Panels Hohe Portdichten mit bis zu 48 Ports/HE Mit bis zu 96 Fasern pro Trunk-Kabel (MMF, SMF) 6x 10GE-Verbindungen der Kat.6A pro Kabel SC-Kassetten LC-Kassetten PoE-fähig MTRJ-Kassetten MRJ-21 für CU-Verbindungen MPO für LWL-Verbindungen Folie: 13

14 Vor- und Nachteile Zeitersparnis bei Installation und Erweiterung Verkabelung benötigt nur Stunden, keine Wochen Platzersparnis Weniger Einzelkabel Packungsdichte ist variabel Brandlast verringert sich Flexible Portnutzung/Anpassung Schnelle Änderung der physikalischen Schnittstellen Garantierte Qualität Hersteller garantiert getestete Eigenschaften Weniger Installationsfehler Nachteil: höhere Kosten Folie: 14

15 Im Rechenzentrum Anzahl der MPO-Kassetten: 4 bis 6 Low-Loss-Steckerverbinder: 0,5dB pro Kassette High-End-Steckverbinder: 0,35dB pro Kassette SAN Director(Main Distribution) Länge 100m (0,3dB) High-End-Steckverbinder Low-Loss-Steckverbinder Einfügedämpfung (bei 6 Kassetten) 2,4dB (Obergrenze 2,5dB) 3,3dB (Obergrenze 2,5dB) Server/SAN Geräte End-of-Row Rückflussdämpfung (bei 6 Kassetten) 19dB (Untergrenze 12dB) 9,2dB (Untergrenze 12dB) Aufgrund der geringen Entfernungen in RZs hat die Qualität der Steckverbinder entscheidenden Einfluss Folie: 15

16 Designregeln Grundsatz: Je mehr Bandbreite desto mehr Länge Bei Strecken im Campus/Backbone-Bereich < 300m: OM3/OM4 Bis 550m OM4 > 550m OS1 In Rechenzentren (Data Center) meist Längen unter 100m aber viele Steckverbinder Deshalb ist die Güte der Steckerendflächen in Zukunft entscheidender Folie: 16

17 Auswahl der LWL-Komponenten Gesamtlänge des Übertragungskanals Geforderte Applikation Anzahl der Verbindungen Bei 10Gbit/s (300m) 2,55dB Gesamtdämpfung 1,05 db für Kabel 1,5 db für Steckverbinder Bei 100Gbit/s beträgt die maximale Steckerdämpfung nur noch 1.0dB bei 100m OM3 bzw. 150m OM4 Folie: 17

18 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Fragen? Folie: 18

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