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Übersicht: Cisco 10-GbE-Optikmodule

10-Gigabit-Ethernet

10-Gigabit-Ethernet, einst eine exotische High-End-Technologie, ist inzwischen sowohl in Rechenzentren als auch in Campus-Umgebungen etabliert.  Dies ging allerdings mit einer langjährigen Evolution einher, sodass heute weiterhin viele ältere 10-GbE-Plattformen und -Module eingesetzt werden, die alle verschiedene Typen von Optikmodulen erfordern. Das gilt sowohl für die älteren als auch für die aktuellen Plattformen.

Modultypen

Modultypen Cisco10 GIG Optics Module Types

Von links nach rechts:

XENPAK: das erste steckbare 10-GbE-Optikmodul. SC-Stecker.

X2: der Nachfolger von XENPAK. X2-Optikmodule setzten sich auf dem Markt nicht durch. Cisco ist der einzige große Benutzer von X2-basierten Produkten.  SC-Stecker.

XFP: die ersten 10-GbE-Optikmodule mit kleinem Formfaktor.  XFP-Optikmodule wurden vorwiegend in Routerprodukten eingesetzt und finden sich noch immer nahezu ausschließlich in Routern.  LC-Stecker.

SFP+: 10-GbE-Optikmodule mit dem gleichen physischen Formfaktor wie ein Gigabit-SFP. Aus diesem Grund verwenden kleine SFP+ basierte 10-GbE-Switches oft 1-G-/10-G-Ports für zusätzliche Flexibilität. Inzwischen sind SFP+ Optikmodule bei Weitem die häufigste 10-Gigabit-fähige Optik.  LC-Stecker.

Innerhalb dieser Formfaktoren gibt es viele verschiedene Typen optischer und elektrischer Spezifikationen; die einzige Anforderung ist, dass die Optiktypen übereinstimmen. Dies ermöglicht die Verbindung von X2 und SFP oder XENPAK mit SFP+ oder jede beliebige andere Kombination.

Optische Standards

Elektrisch/Kupfer

10GBase-CX1/10GBase-CU
10GBase-CX1, auch als Direktanschlusskabel (Direct Attach Cable, DAC) bezeichnet, ist der Standard für SFP+ Kupfer. Der Standard gilt für eine Reichweite von 10 Metern, doch Cisco bietet derzeit nur Längen bis zu 5 m an. Es handelt sich dabei um ein Kabel mit SFP+ Endanschlüssen, nicht um ein Modul mit einem separaten Kabel.


Cisco 10GBase-CX1-SFP+ cable

Beachten Sie, dass das Kabel fest in die SFP+ Anschlüsse integriert ist. Aus diesem Grund müssen beide Geräte über SFP+ Ports verfügen. Aufgrund dieser Integration gestaltet sich die Arbeit mit diesen Kabeln etwas aufwendiger, doch für den Einsatz von CX1-Modulen sprechen die geringen Kosten (150–200 $ pro Kabel), der extrem niedrige Stromverbrauch (0,25 W pro Kabel) und eine verschwindend kleine Latenz.  Wegen dieser Eigenschaften werden DACs hauptsächlich für die Verbindung von Servern mit dem Top-of-Rack-Switch oder von Geräten innerhalb eines Racks verwendet.

10GBase-T/NBase-T
Eine der wichtigsten Zielsetzungen für 10 GbE bestand in der Entwicklung eines Konnektivitätsstandards für standardmäßige RJ45-Ethernet-Kabel.  Dies führte zum 10GBase-T-Standard, und technologische Fortschritte in den letzten Jahren ermöglichen heute den Einsatz von 10GBase-T-Schnittstellen mit der gleichen Dichte wie SFP+ basierte Produkte.  Wie 10GBase-CU kommt auch 10GBase-T vorwiegend bei der Verbindung von Servern mit dem Top-of-Rack-Switch zum Einsatz.

Zum Jahresende 2014 wurde eine Erweiterung von 10GBase-T namens NBase-T vorgestellt, und seit Mitte 2015 sind NBase-T-Switches erhältlich.  NBase-T erweitert die unterstützten Geschwindigkeiten um zwei Zwischenstufen: 2,5 und 5 GBit/s.  NBase-T wurde erforderlich, um die Kompatibilität mit den bestehenden Verkabelungen Cat5e (maximal 2,5 G) und Cat6 (maximal 5 G) beim standardmäßigen Höchstabstand von 100 m beizubehalten und gleichzeitig Datenraten über 1 GBit/s für Power-User sowie für leistungsstarke drahtlose Zugriffspunkte ab 802.11ac zu unterstützen. 

Aufgrund der Leistungsaufnahme gibt es derzeit keine steckbaren 10GBase-T- oder NBase-T-SFP-Module; alle Produkte auf dem Markt haben feste Schnittstellen.

Multimodefaser

10GBase-SR
10GBase-SR, die ursprüngliche Spezifikation für Multimodeoptik, wird nach wie vor am häufigsten verwendet. Da eine einzelne Solid-State-Laserbaugruppe (850 nm) verwendet wird, sind diese optischen Module die preiswertesten für die 10-GbE-Plattform. Allerdings spielt der Fasertyp bei 10GBase-SR eine große Rolle. Die Kabelspezifikationen und die maximale Länge für SR-Optik sind der folgenden Liste zu entnehmen.

Faserkerngröße
(Mikrometer)

Modale Bandbreite
(MHz x km)

Max.
Länge

Anmerkungen

62,5

160

26 m

Dies ist die standardmäßige Multimodefaser.

62,5

200

33 m

 

50

400

66 m

 

50

500

82 m

 

50

2.000

300 m

Auch bezeichnet als OM3- oder für 10 GbE laseroptimierte Multimodefasern

 

Aufgrund der Längenbegrenzungen sollten als neue Multimodefaser nur OM3 oder höhere Kategorien verwendet werden, damit es beim Einsatz von 10-GbE-Lösungen nicht zu Problemen kommt.

10GBase-LRM
Für Bereitstellungen mit größeren Längen der herkömmlichen 62,5-µm-Multimodefasern, die nicht ersetzt werden können, wurde 10GBase-LRM entwickelt.  Durch die Kombination eines einzelnen 1.310-nm-Lasers mit einem speziellen Mode-Conditioning-Kabel lassen sich Übertragungsreichweiten von bis zu 220 m über 62,5-µm-Faser erreichen.

Singlemodefaser

10GBase-LR
10GBase-LR erzielt Reichweiten bis zu 10 km über Singlemodefaser. Da es bei LR keine Mindestentfernung gibt, eignet sich dieser Standard auch für Singlemodefaser-Verbindungen über geringe Entfernungen.

10GBase-ER
10GBase-ER erzielt eine Übertragungsreichweite von bis zu 40 km über Singlemodefaser. Bei Strecken unter 20 km muss die Laserleistung gedämpft werden.

10GBase-ZR
ZR-Optik erzielt Übertragungsreichweiten von bis zu 80 km über Singlemodefaser. Aufgrund der sehr hohen Sendeleistung erfordern kürzere Verbindungen erhebliche Dämpfung. Vor der Verwendung von ZR Optikmodulen sollte ein optischer Leistungstest der Faserstrecke erfolgen, damit die problemlose Bereitstellung gewährleistet ist. Obwohl die meisten Anbieter eine ZR-Option führen, ist 10GBase-ZR kein IEEE-Standard.

10G over DWDM
Für 10 GbE sind Optikmodule erhältlich, die DWDM-Wellenlängen ausgeben. Dies erleichtert die DWDM-Bereitstellung, denn diese Optikmodule erfordern keine zusätzlichen Transponder. Zu den aktuellen Innovationen für 10 GbE/DWDM zählen C-Band-Tuning für einfaches Festlegen der Kanalabstände, Strukturieren und Bereitstellen von DWDM-Kanälen sowie Funktionen wie Vorwärtsfehlerkorrektur (Forward Error Correction, FEC) und direkt integrierte Unterstützung für OTN/G.709.

40- und 100-Gigabit-Ethernet

28 QSFP
Das QSFP-28-Modul hat den gleichen physischen Formfaktor wie die QSFP+ Optikmodule für 40 GbE, unterstützt jedoch 4 (vier) 25-GBit/s-Spuren und somit einen Gesamtdurchsatz von 100 GBit/s.  QSFP 28 entwickelt sich derzeit zum Standard für 100 GbE über Multimodefaser, denn der kleine Formfaktor bietet die hohe Portdichte, die für das Switching im Rechenzentrum benötigt wird, und der Einsatz vierspuriger optischer Baugruppen ermöglicht das Upgrade von 40GBase-SR4 auf 100 GbE bei Nutzung der bestehenden Anlagen.

Ausblick – 25- und 50-Gigabit-Ethernet

In leistungsintensiven Rechenzentrumsumgebungen gehen die Anforderungen an die Netzwerkleistung auf Serverebene bereits an die Grenzen der 10-GbE-Konnektivität. Verschärft wird die Situation durch neue Technologien wie Objektspeicher und virtuelle SANs.  Dieser Problemstellung begegnen die neuen 25- und 50-Gigabit-Ethernet-Standards, die gerade erst den Markt erreichen.  Diese Standards nutzen Technologien, die ursprünglich für 100GBase-SR4 und LR4 entwickelt wurden.  Eine 25-GbE-Verbindung nutzt eine einzelne 25-GBit/s-Spur. Für 50 GbE werden dementsprechend zwei 25-GBit/s-Spuren verwendet.  25 und 50 GbE werden zunächst mit einem optischen Transceiver des Typs QSFP  28 mit Breakoutkabeln eingesetzt. Bei 25 GbE sind dies dieselben Kabel, mit denen eine 40-GbE-Schnittstelle in 4 x 10 GbE umgewandelt wird.  Langfristig wird 25 GbE im Formfaktor SFP+ erhältlich sein, während für 50 GbE der QSFP-Formfaktor beibehalten wird.