Migrationstaugliche Verkabelung im Rechenzentrum für alle Datenraten von MBit/s bis 100GBit/s DClink

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1 Einleitung Rechenzentren müssen zuverlässig und rund um die Uhr verfügbar sein - selbst während eines Umbaus. Die Datenraten steigen unaufhaltsam und die LWL-Verkabelung, die bis gestern noch alle Anwendung zuließ ist morgen überfordert. Wurden Datenraten bis 10GBit/s noch über Einzelfasern bzw. Faserpaare übertragen, so werden darüber hinaus gehende Übertragungsraten im Rechenzentrum heute parallel über mehrere Fasern übertragen. Die Konsequenz ist eine ganz neue Verkabelung mit nx12 Multimode-Fasern in OM3-, besser OM4-Qualität. Die Migrationstauglichkeit und damit die Anwendungsneutralität der bisherigen Verkabelung ist damit am Ende angelangt. Normative Voraussetzungen Der derzeit gültige Standard IEEE 802.3ba beschreibt für kurze Entfernungen (100m über OM3, 150m über OM4), wie sie üblicherweise im Rechenzentrum vorzufinden sind, die Übertragung über Multimodefasern. Für 40GBE ist die Parallelübertragung mit 4x10 GBit/s über 2x 4 Fasern (40GBASE- SR4) und für 100 GBE 10x 10 GBit/s über 2x 10 Fasern (100GBASE-SR10) genormt. Die aktuellen Verkabelungsnormen ISO IEC11801 und EN tragen dem Rechnung und schreiben laseroptimierte Fasern OM3 und OM4 für Strecken bis 100m bzw. 150m vor. Die Verbindungstechnik erfolgt über Mehrfasersteckverbinder (MPO) mit 12 oder 24 Fasern, wobei nicht alle Fasern in der Steckverbindung genutzt werden. Für 40GBASE-SR4 ist festgelegt, dass die jeweils äußeren Fasern genutzt werden (s. Abb. 1). Tx Tx Tx Tx Rx Rx Rx Rx Abb. 1: MPO-Steckverbinder für 40GBASE-SR4 Für 100GBASE-SR10 werden die jeweils inneren Fasern verwendet, wobei bei den Aktivkomponenten drei verschiedene Portanordnungen möglich sind: Side-by-Side Port, d.h. zwei MPO-Stecker mit je 12 Fasern nebeneinander angeordnet (Abb. 2) Vertically Stacked Ports, zwei MPO-Stecker mit je 12 Fasern übereinander angeordnet (Abb. 3) Single Port, ein MPO-Stecker mit 24 Fasern in zwei Ebenen angeordnet (Abb. 4) Tx Tx Tx Tx Tx Tx Tx Tx Tx Tx Rx Rx Rx Rx Rx Rx Rx Rx Rx Rx Abb. 2: Side-by-Side Port für 100GBASE-SR10

2 Rx Rx Rx Rx Rx Rx Rx Rx Rx Rx Tx Tx Tx Tx Tx Tx Tx Tx Tx Tx Abb. 3: Vertically Stacked Ports Port für 100GBASE-SR10 Rx Rx Rx Rx Rx Rx Rx Rx Rx Rx Tx Tx Tx Tx Tx Tx Tx Tx Tx Tx Abb. 4: Single Port für 100GBASE-SR10 Die größte zulässige Einfügedämpfung der gesamten Übertragungsstrecke (das optische Leistungsbudget) beträgt 1,9 (OM3) bzw. 1,5dB (OM4). Problematik Zusätzlich zu den Herausforderungen bezüglich der Sicherheit des Rechenzentrumsbetriebes, der schnellen Umrüstbarkeit und der Einfachheit der Installation stellt sich die Problematik der eigentlichen Verkabelung wie folgt dar: 1. Die bisherige Verkabelung mit Einzelfasern bzw. Faserpaaren ist für Übertragungsraten ab 40Gbit/s aus den genannten Gründen nicht mehr geeignet. 2. Die Verkabelung für 40 und 100 GBit/s mit MPO lässt sich nicht ohne weiteres für niedrigere Datenraten verwenden, da immer gleich 12 oder sogar 24 Fasern gleichzeitig gesteckt werden aber nur zwei Fasern je Übertragungskanal benötigt werden. 3. Für die hohen Datenraten werden mehrere Fasern parallel genutzt, Einzelfaser-Verkabelungen mit angespleißten Pigtails oder vor Ort konfektionierten Steckverbindern sind dazu nicht geeignet 4. Die sehr niedrigen Einfügedämpfungen von 1,9 bzw. 1,5dB stellen eine weitere Herausforderung dar, die nur mit einem Minimum an hochwertigen und sehr sorgfältig konfektionierten Steckverbindern zu bewerkstelligen ist. Lösung LEONI Kerpen hat mit DClink ein RZ-Verkabelungssystem, das höchste Ansprüche im Bezug auf Qualität und Verfügbarkeit erfüllt und dennoch die Flexibilität besitzt, alle bisher eingesetzten Datenraten zu übertragen und bei Bedarf innerhalb kürzester Zeit an höhere Kapazitäten oder ganz neue Anforderungen angepasst werden kann. Die verlegte Basis, also die Verkabelung einschließlich der Patchfelder, muss nie mehr verändert werden, egal, welche Datenrate bzw. welche Anwendung darüber betrieben wird. Die Basis hierfür ist der VarioLine DClink-Aufnahmerahmen (Abb. 5) für GigaLine DClink-Module (LWL) und / oder MegaLine DClink-Module (Cu).

3 Abb. 5: VarioLine DClink-Aufnahmerahmen Lösung A die echte anwendungsneutrale Verkabelung GigaLine DClink ermöglicht nun auch in LWL-Technik eine echte anwendungsneutrale und migrationsfähige Verkabelung bis 100Gbit/s aufzubauen. Mit drei DClink-Modulen (3 x 8 MPO-Kupplungen) auf einer Höheneinheit (Abb. 6) sind je nach Anzahl der Fasern im MPO bis zu 24 x 40GBE- bzw. 100GBE-Systeme möglich. Patchungen erfolgen mit MPO-Patchcords. Die Rückwärtskompatibilität ist dennoch ohne Veränderung der Festverkabelung einschließlich der Patchfelder gewährleistet. Es können also auch 10GB-Übertragungssysteme oder weniger (Zwei-Faser-Systeme) über diese Verkabelung betrieben werden. Zum Patchen werden dafür lediglich andere Patchcords nämlich mit einem MPO-Steckverbinder auf der einen und sechs bzw. zwölf LC-Duplex-Steckverbindern auf der anderen Seite, sogenannte Fanouts (Abb. 7), verwendet. Mit dieser Lösung stehen bis 144, bei MPO mit 24 Fasern sogar bis MB-, GB- oder 10GB- Übertragungsstrecken auf einer Höheneinheit zur Verfügung, somit ist die Anwendungsneutralität in vollem Umfang gegeben (Abb. 8). Abb. 6: VarioLine DClink-Aufnahmerahmen mit drei DClink-Modulen 40/100GBE mit je 8MPO Abb. 7: Fanout Vorteile der Lösung A: Die Festverkabelung ist anwendungsneutral und migrationsfähig, also für alle bisher gebräuchlichen Übertragungsraten, das bedeutet höchste Zukunftssicherheit! Nicht der geringste Umbauaufwand während des Betriebes, das bedeutet Zeit- und Kostenersparnis und vor Allem Sicherheit Außerdem werden keine Sonder-MPO-Patchcords (Male- statt Female-Patchcords) benötigt, d.h. kein Vorhalten unterschiedlicher Patchcords, keine Verwechslungsgefahr, weniger Fehler, mehr Sicherheit Geringster Zeitaufwand beim Wechsel der Übertragungstechnik auf andere Übertragungsgeschwindigkeiten, damit Kostenersparnis

4 Weniger Personaleinsatz für die Verkabelung, d.h. wieder mehr Sicherheit und Kosteneinsparung Fest installierte Verkabelung 10 GBit/s: 144 Channel / 1HE Fanout MPO 6 LC-Dx (12Fasern) Patchfeld 19 1 HE mit 24 MPO 40 GBit/s: 24 Channel / 1HE Patchcord MPO MPO (12Fasern = 288 Fasern 100 GBit/s: 12 Channel /1 HE Patchcord 2 MPO 2 MPO (2x12Fasern) MPO- Steckverbibder LC-Dx-Steckverbibder Abb. 8: Anwendungsneutralität für 10/100 Mbit/s, 1/10/40 und 100 GBit/s mit Zwölffaser-MPO- Verkabelung (schematische Darstellung) Lösung B die anpassungsfähige Verkabelung: Selbstverständlich kann mit GigaLine DClink eine Einzelfaserverkabelung für Datenraten bis max. 10 Gbit/s mit bis zu 36 LC-Duplex-Verbindungen bzw. 36 Kanälen je Höheneinheit (Abb. 9) oder eine Kombination aus beiden Varianten realisiert werden, sogar Cu-Lösungen sind integrierbar. Die Umrüstung auf höhere Datenraten (40/100GBE) lässt sich auch hier sehr schnell und mit wenig Aufwand realisieren. Das DClink-Gehäuse wird mittels eines Entriegelungswerkzeuges aus dem Rahmen gelöst und mit dem Kabel herausgezogen, ein neuer DClink mit acht MPO- Steckverbindungen eingezogen und eingerastet fertig! So kann die Verkabelung sukzessive und mit geringstem Aufwand auf die oben bereits beschriebene Ausführung aufgerüstet.

5 Abb. 9: VarioLine DClink-Aufnahmerahmen mit GigaLine DClink-Modulen (12 LCD) Vorteile der Lösung B: Zunächst können Datenraten bis 10Gbit/s wie gewohnt über Duplex-Patchcords gemanaged werden. Die Verkabelung für höhere Datenraten mit MPO-Verbindungstechnik erfolgt erst bei Bedarf. Beim Austausch der Systeme wird immer zwangsläufig auch das nicht mehr benutzte Kabel aus den Trassen entfernt, das sorgt für Platz und Übersichtlichkeit. Gegenüber Wettbewerbsprodukten hat diese Lösung den Vorteil, dass nach der Umrüstung nicht nur drei oder sechs sondern 24 40/100GBE-Systeme in einer Höheneinheit Platz haben. Außerdem werden keine Sonder-MPO-Patchcords (Male- statt Female-) benötigt, kein Vorhalten unterschiedlicher Patchcords, keine Verwechslungsgefahr, weniger Fehler, höhere Sicherheit. Ausblick Die Datenraten steigen unaufhaltsam, die Grenzen des Machbaren scheinen immer wieder in greifbare Nähe zu rücken, doch immer wieder schafft der nächste Entwicklungsschritt Raum für noch höhere Ziele. Heute sind es 40 und 100 Gbit/s aber in fünf bis sechs Jahren werden sich die Datenraten verzehnfacht haben (s. Abb. 10). In der Tat wird bereits heute über 400 Gbit/s und 1000 Gbit/s nachgedacht. Die künftigen Projekte des IEEE HSE Subcomittees werden sich, neben der Erhöhung der Kapazitäten im Kupferbereich, z.b. 40GBASE-T über die vorhandene Kat 7 A -Verkabelung (30m bis 100m), mit 400Gbit- und Terabit-Ethernet beschäftigen. Vorrangiges Ziel ist zunächst die Erhöhung der Datenraten auf den einzelnen Lanes, also von 10x10 Gbit/s (100GBASE-SR10) auf 4x25 Gbit/s (100GBASE-SR4), das bedeutet, eine Zwölffaser- Verkabelung reicht für 100GBE aus, nicht wie bisher eine 24-Faser-Verkabelung. Der Trend ist klar! Es ist davon auszugehen, dass auch für künftige noch höhere Datenraten die Verkabelung mit dem 12-Faserstecker MPO genau die richtige ist.

6 Abb. 10: Bandbreitenwachstum und Anwendungen (Quelle: IEEE 802.org/Force10Networks) Fazit: Im zukunftssicheren Rechenzentrum werden in den kommenden Jahren Datenraten bis 100Gbit/s und mehr. Die Zielsetzung schein aus heutiger Sicht die Übertragung auf 8 Fasern zu realisieren, Steckverbinder für 24 Fasern sind dann nicht geeignet. Die Empfehlung beim Neubau eines Rechenzentrums ist daher eine Zwölffaser-Verkabelung mit MPO-Verbindungsstechnik. Mit DClink in 12-Faser-MPO-Technik, also 3 x 8 MPO im 1HE-Patchfeld haben GBE-, GBE- oder 144 Systeme bis 10GBE auf einer HE Platz. Besteht die Notwendigkeit für CU-Übertragungsstrecken, so können auch diese als DClink eingebaut werden. Stolberg im Mai 2011 LEONI Kerpen GmbH Heinz Wollenweber Product Manager