Im Labyrinth der Hochgeschwindigkeiten

Transkript

1 31. Informationsveranstaltung Netzwerke Im Labyrinth der Hochgeschwindigkeiten Dr. Lutz Müller Netzwerk Kommunikationssysteme GmbH

2 Inhalt OM3/OM4 40GBASE-SR4 QSFP+ DAC/AOC Die Entwicklung der Lichtwellenleiter Singlemode-Fasern Laseroptimierte MMF OM3, OM4, OM4+ Kostenvergleich Braucht man 2,5Gbit/s und 5Gbit/s? Sonderlösungen

3 Entwicklungsstufen der Lichtwellenleiter

4 Vergleich der Fasertypen Brechzahl Eingangs- Ausgangs- Elektronenmikroskop Faserquerschnitt profil puls Lichtführung in der Faser puls Typ : Stufenindex Multimode 125 um 100 um n r Typ : Gradientenindex Multimode r A 125 um 50um n r Typ : Singlemode r A 125 um 9um n r

5 Dämpfung (db/km) Dispersion (ps/(nm km)) Singlemode-Fasern im Vergleich Typische Dämpfung von SMF Nicht- Dispersionsverschobene Faser (G.652A/B) EDFA Band Low Water Peak SMF (G.652.C/D) NZDSF (G.655,G656) Wellenlänge (nm) Dispersionsverschobene Faser (G.653)

6 Typen von Singlemode-Fasern

7 Reichweitenvergleich bei Singlemode-Fasern

8 Biege-Unempfindliche Singlemode-Fasern (BI-SM) Singlemodefasern werden zunehmend im LAN- Bereich und auch in Residential Netzwerken (FTTx) verlegt Fibre-To-The-Home, Fibre-To-The-Building ITU-T hat neue Standards für biege-unempfindliche (bend insensitive) Singlemodefasern verabschiedet Biegeradius Vorteile einer biege-unempfindlichen Faser Kleineres Design von Verteilerboxen, Endverschlüssen und Datendosen Engere Biegeradien in Gebäuden (problemlosere Kabelführung) Verwendung gleicher Stecker sowie gleicher Spleiss- und Meßtechnik Nachteil: Höherer Preis

9 Empfehlung nach ITU-T G Typen von BI-SM nach ITU-T Standard Empfehlung ITU-T G.657 Table A Verbesserte Biegeeigenschaften gegenüber der Standard-SM nach G.652 D Reduzierter Modenfelddurchmesser 8,6 bis 9,5µm Spezifiziert bis Biegeradien von Bend Loss <= 0,75dB/turn Rückwärtskompatibel zur Standard-SM G.652 D Empfehlung ITU-T G.657 Table B Weitere Verbesserung der Biegeeigenschaften durch modifizierten Mantel/Kernübergang (Biegeeigenschaften vor Rückwärtskompatibilität) Spezifiziert bis Biegeradien von BL <= 0,5dB/turn; bei BL <= 0,1dB/turn Nicht rückwärtskompatibel zur Standard-SM G.652 D ITU-T International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector

10 Laseroptimierte Fasern OM3/OM4 Weiterentwicklungen für höhere Bandbreiten von 1GE bis 100GE (OM3 erstmals 2002 durch TIA und IEC standardisiert) Optimierung des fehlerhaften Verlaufs des Brechzahl-Profils in Kernmitte für Laseranregung durch VCSEL LED Laser Brechzahl-Profile mit Störstellen für Laseranregung optimiert Einbruch Spitze Störeffekte Verbessertes Bandbreiten-Längenprodukt (minembc) z.b. 4700MHz*km bei OM4 minembc minimale berechnete effektive modale Bandbreite (Standard-Methode) definiert durch langsamsten Impuls bei Abtastung des Faserkern mit 10 verschiedenen Lasertypen Kern Mantel

11 Reichweitenvergleich bei Multimode-Fasern

12 LWL-Streckenlängen bei 40/100GE Verbindungsdämpfungsbudget für 40/100GBase-SR Reduzierte Verbinderdämpfung für OM4-Strecken 40/100GE über OM3/OM4 OM3: 100m Streckendämpfung max. 1,9dB Verbinderdämpfung max. 1,5dB OM4: 125m Streckendämpfung max. 1,9dB Verbinderdämpfung max. 1,5dB OM4: 150m Streckendämpfung max. 1,5dB Verbinderdämpfung max. 1,0dB MPO MPO MPO MPO

13 Was kommt nach OM4? Untersuchungen haben ergeben: VCSEL Laser strahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen VCSEL Moden höherer Ordnung (LHOM) koppeln hauptsächlich in Fasermoden höherer Ordnung (MHOM) Und umgekehrt VCSEL Moden niedriger Ordnung (LLOM) koppeln hauptsächlich in Fasermoden niedriger Ordnung (MLOM) Wellenlängendifferenz zwischen MHOM und MLOM führt zu einer Laufzeitverzögerung: Chromatische Dispersion Anpassung des DMD Profils (Differential Mode Delay) zur Kompensation der chromatischen Dispersion (Tilted DMD) Chromatische Dispersions-Kompensierte MMF (CDC MMF OM4+) 1GBase-SX bis 1200m über OM4+, 10GBase-SR bis 600m über OM4+, 40GBase-SR4/100GBase-SR10 bis 300m über OM4+ Achtung: Noch?! keine Standard-Lösung

14 Multimode oder Singlemode? Bei allen Geschwindigkeiten (1GE, 10GE, 40GE, 100GE) sind SM- Transceiver ca. 2 bis 3 mal teurer als MM-Transceiver SM-Kabel sind aufgrund der Produktionsmengen (98% Marktanteil) etwas günstiger als OM3/OM4 SM-Kabel erfordern etwas teurere Komponenten (Faserpigtails, Durchführungsadapter) und Installationsleistungen (Fusionsspleißen, OTDR-Messungen) Gesamtkosten aus Kabel, Komponenten und Zubehör liegen bei SM und MM auf gleichem Niveau

15 Preismodell für eine Verbindung 10GBase-SR: bis 300m über OM3 bis 550m über OM4 10GBase-LR: bis 10km über OS1/OS2 Verkabelungskosten 100m OM4 200 Komponentenkosten 140 Fusionsspleißen, Messungen, Zubehör Kosten für SR-Transceiver x 600 Gesamtkosten für eine Verbindung Kabelanteil prozentual 13% Verkabelungskosten 100m OS2 150 Komponentenkosten 160 Fusionsspleißen, Messungen, Zubehör Kosten für LR-Transceiver x Gesamtkosten für eine Verbindung Kabelanteil prozentual 6% Aus Kostensicht: Erst bei Strecken größer 2.440m (Break-Even) ist die Singlemode-Verbindung günstiger! Aus technischer Sicht nicht realisierbar: max. 550m bei OM

16 WLAN-Geschwindigkeiten steigen Anteil der ausgelieferten 11ac APs Wave-1 beträgt weltweit mehr als 22% Hersteller forcieren die Verbreitung der 11ac APs durch aggressive Preisgestaltung Viele Smart Phones, Tablets und Laptops werden 11ac Wave-1 und langfristig auch Wave-2 unterstützen Nächste Generation der WLAN Access Points (Wave 2) benötigt neue Chip-Sätze Wave 2-Netto Datenrate: größer 1Gbit/s auf dem LAN-Interface Designkriterien: Switch-Port-Geschwindigkeit, PoE+, Kabelqualität

17 Leistungsanforderungen an die Infrastruktur Ethernet Port-Geschwindigkeiten von 1 Gbit/s werden auf Dauer zu wenig Link-Aggregation mit n x 1GE ist nur eine Notlösung und für größere Installationen zu teuer und unpraktisch 10G Ethernet ist nicht notwendig und viel zu teuer 24 Port 1/10GBase-T Switch mit 2x 40GE Uplinks kostet ca außerdem gibt es keinen Standard für PoE+ über 10GBase-T Oftmals ist die Verkabelung nicht für 10GE bis zum Arbeitsplatz geeignet: Link Klasse 6A (bis 500MHz) bzw. Cat. 6A-Komponenten durchgängig erforderlich WLAN AP

18 Die Verkabelungswelt heute Fast ¾ der Cu-Verkabelungen nicht 10GE-fähig Cat.6A-Kabel für die Übertragung von bis zu 30W (PoE+) bei 10GBase-T nicht ausgelegt Die Veränderung der elektrischen Eigenschaften von Cat.6A-Kabel bei 1Gbit/s Datenraten unkritisch

19 Das Multi-Lane Konzept als Grundlage für 10/40/100Gbit/s Praktisch beliebig viele Lanes bei 10Gbit/s: 4 Lanes à 2,5Gbit/s 40Gbit/s: 16 Lanes à 2,5Gbit/s 100Gbit/s: 20 Lanes à 2,5Gbit/s Mit Einführung der 10GBit/s Ethernet Technologie werden Datenströme zerlegt (z.b. 4x2,5Gbit/s), parallel bearbeitet und anschließend wieder zusammengesetzt PCS Lane Distribution Konzept nach IEEE 802.3ba PCS - Physical Coding Sublayer

20 Das Multi-Lane Konzept bei 40/100GBase-SR4/10 Bei 40GBase-SR4: 4 Lanes x 10Gbit/s 8 Fasern OM3/OM4 notwendig Bei 100GBase-SR10: 10 Lanes x 10GBit/s 20 Fasern OM3/OM4 notwendig Vorteil: 40GBase-X Port kann aufgeteilt werden in 4 Ports a 10GBase-X per Aufteilkabel, z.b. ein 32 Port 40GBase-X Switch stellt bis zu 128 Ports 10GBase-X zur Verfügung

21 Neue Switches mit 2,5Gbit/s oder 5Gbit/s - Sinnvoll oder Unsinn? durch das Lane-Prinzip ist einfache Nutzung der 10GE-Chips auch für 2,5 und 5Gbit/s möglich (aus 1 Port 10GE werden 4 Ports 2,5GE) Bildung einer verlangsamten 10GE-Schnittstelle durch Nutzung von nur 1 oder 2 Lanes a 2,5Gbit/s Vorteile: gleiche Chipsätze wie 10GE nutzbar: günstige Switch-Port Preise Technische Machbarkeit gesichert, da ausreichende Erfahrungen vorliegen Vorhandene Verkabelungen mit Cat.5e, Cat.6 und Cat.6A nutzbar

22 Sinkende Anforderungen an die Verkabelung Nutzung der vorhandenen Verkabelung Hier liegt das größte Einsparpotential!

23 Transceiver im Überblick für 1/10Gbit/s SFF Transceiver für 1000Base-SX/LX 2/4GB Fibre Channel LC-Stecker Duplex SFP Transceiver für 100Base-FX 1GBase-SX/LX/ZX 2/4GB Fibre Channel LC-Stecker Duplex SFP+ Transceiver für 10GBase-SR/LR/ER 8/16GB Fibre Channel LC-Stecker Duplex SFF Transceiver für 1000Base-T RJ45-Stecker SFP+ BiDi-Transceiver Bidirectional 10GBase-LR/LW 10GB Fibre Channel LC-Stecker Simplex SFF - Small Form-factor SFP - Small Form-factor Pluggable SFP+ - Enhanced SFP 23

24 Transceiver für 10Gbit/s und 40Gbit/s X2 Transceiver für 10GBase-SR/LR 10GB Fibre Channel SC-Stecker Duplex XFP Transceiver für 10GBase-SR/LR/ER/ZR 10G DWDM bis 40/80km LC-Stecker Duplex XENPAK Transceiver für 10GBase-SR/LR/ER 10GB Fibre Channel SC-Stecker Duplex QSFP+ Transceiver für 40GBase-SR4 MPO12/MTP12-Stecker XFP - XFP Multi Source Agreement Group XENPAK - Standard für optische Transceiver X2 - Standard für optische Transceiver QSFP+ - Quad SFP+ (vierfach) 24

25 Transceiver für 100Gbit/s CFP Transceiver für 100GBase-LR4/ER4 LC-Stecker Duplex CFP Transceiver für 100GBase-SR10 MPO24/MTP24-Stecker CFP2 Transceiver für 100GBase-SR10 MPO24/MTP24-Stecker CFP2 Transceiver für 100GBase-LR4/ER4 LC-Duplex-Stecker CFP C Form-factor Pluggable (C = 100), P<24W CFP2 kleinere Bauart, P<12W CFP4 weitere Reduzierung der Abmaße und Leistung, P<6W CFP4 Transceiver für 100GBase-SR4 MPO12/MTP12-Stecker CFP4 Transceiver für 100GBase-LR4/ER4 LC-Duplex-Stecker

26 Direct Attach Cable (DAC) DACs sind passive Twinax-Kabel für eine kurze und preiswerte PtP-Verbindung mit 10GE, 40GE und 100GE Beidseitig mit MSA kompatiblen Transceivern konfektioniert MSA-Interface (Multi-Source Agreement) ist ein Quasi -Standard max. 10m über Twinax-Kabel bei 10GBASE (SFP+/SFP+ DAC) max. 7m über Twinax-Kabel bei 40/100GBASE (QSFP+/QSFP+ DAC, CFP/CFP DAC) Einige Unternehmen bieten Active Optical Cables (AOC) als Sonderlösungen an (z.b. Finisar, Molex) für längere 10/40/100GE-Verbindung mit Längen von 15m bis zu einigen 100m Hinweis: Nicht jeder Switch-Hersteller unterstützt solche Sonderlösungen 10GE SFP+ / SFP+ DAC 40GE QSFP+ / QSFP+ DAC 40GE QSFP+ / 4x10GE SFP+ DAC

27 Cisco QSFP-BiDi-Lösung Auf jeder Faser werden 2x 10Gbit/s bidirektional übertragen (im 850nm Band) Nur 2 Fasern zur Übertragung von 40GE notwendig Vorteil: Nutzung der Multimode-Infrastruktur von 10GE ohne Modifikation auch für 40GE möglich

28 40GE mit QSFP-40G-SR4 vs. QSFP-BIDI Der Übergang von 10GE auf 40GE erfordert die Bereitstellung von 8 MM-Fasern über MPO/MTP-Steckverbinder Beim Übergang von 10GE auf 40GE kann die 10GE-Infrastruktur ohne Modifikationen weiter genutzt werden

29 Zusammenfassung Unter dem Kostenaspekt hat man derzeit keine Alternative zu MMF OM3/OM4 im LAN- und Data Center Bereich Im Data Center liegen mehr als 85% aller Verbindungen unter 150m (Empfehlung: OM4) Bei größeren Reichweiten hat man nur den Ausweg zur SMF Eine flächendeckende SM-Lösung wäre unvertretbar teuer und i.r. nicht abwärtskompatibel zur bestehenden Verkabelung Man sollte immer die flexibelste Lösung anstreben, d.h. ein Mix aus SMF, MMF und eventuell auch Kupferkabel Eine Reihe von Sonderlösungen bieten durchaus technische Alternativen zur Kosteneinsparung

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