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Welche Vorteile hat ein aktives optisches Kabel (AOC) im Vergleich zu Direct Attach Cable (DAC) Lösungen?

In der Welt der optischen Netzwerke und Rechenzentren sind Geschwindigkeit und Stabilität alles. Viele Hersteller sind ständig bemüht, die besten und schnellsten Lösungen für die Verbindungen des Rechenzentrums anzubieten, damit die Endkunden die bestmögliche Internetverbindung erhalten. In der Welt der optischen Kabel sind die Hauptteilnehmer auf dem Schlachtfeld Direct Attach Cables und Active Optical Cables. Diese Kabel werden hauptsächlich für den Datentransfer zwischen Servern, Speichern und Switches in einer Rechenzentrumsumgebung verwendet. Beide Lösungen bieten einige Vor- und Nachteile im Vergleich zueinander.

Direct Attach Kabel sind kupferbasierte Kabel, die den gleichen Port wie optische Transceiver verwenden, aber da sie kupferbasiert sind, bieten sie höhere Kosten- und Energieeinsparungen als aktive optische Kabel, wenn sie in Kurzstreckenanwendungen eingesetzt werden. Diese Kabel werden mit einem Stecker im Transceiver-Stil abgeschlossen, im Allgemeinen SFP+ (Small Form-Factor Pluggable) und QSFP+ (Quad Small Form-Factor Pluggable). Sie können Ethernet, InfiniBand oder LWL-Kanal unterstützen. Diese Kabel gibt es in zwei Versionen: Passive Kupferkabel direkt anschließen und aktive Kupferkabel direkt anschließen.

Direct Attach Passive Kupferkabel (Abbildung 1) haben die Fähigkeit, bis zu 10 Meter bei 10 GB/s oder 40 GB/s bei geringer Leistung zu erreichen. Dies liegt vor allem daran, dass sie keine aktiven Schaltungskomponenten haben.

Abbildung 1:
SC253501KXM26- BlueLAN© 40GBASE-CR4 QSFP auf 4x10GBASE-CR SFP+ Direct Attach Breakout Kabel (passiv), 4 bis 5 Meter, AWG 26

Direct Attach Active Copper Cables (Abbildung 2) werden wie die Direct Attach Passive Copper Cables entworfen und hergestellt, können aber aufgrund der aktiven Schaltungskomponente, die die Leistung des Signals erhöht, bis zu 15 Meter 10 GB/s oder 40 GB/s erreichen.

Abbildung 2:
SC353502JXM24- BlueLAN© 10G SFP+ Direct Attach Kabel (aktiv), 1 bis 15 Meter, AWG 24

Die Direct Attach Kabel werden am häufigsten im EDA- oder Geräteverteilbereich des Rechenzentrums verwendet, wo sich Racks und Schränke befinden und wo die horizontalen Kabel des horizontalen Verteilbereichs an Patchpanels enden.

Abbildung 3:
BO253503KXM- BlueOptics© Aktives Optisches Breakout-Kabel (AOC), 40GBASE-SR4 bis 4x10GBASE-SR, QSFP bis 4xSFP+, 850nm, Multi-Modus, bis zu 100 Meter Reichweite

Die Direct Attach Kabel werden am häufigsten im EDA- oder Geräteverteilbereich des Rechenzentrums verwendet, wo sich Racks und Schränke befinden und wo die horizontalen Kabel des horizontalen Verteilbereichs an Patchpanels enden. Sie werden hauptsächlich für Verbindungen zwischen Servern und Switches, Speichern und Switches und zwei Switches verwendet.

Doch heute, mit dem heutigen rasanten Leben, wird das Internet von Tag zu Tag beliebter. Das bedeutet, dass Rechenzentren einen Weg finden müssen, um die Anforderungen des Kunden an hohe Bandbreite und Stabilität zu erfüllen. Aus diesem Grund begannen sie, aktive optische Kabel anstelle von Direct Attach-Kabeln einzusetzen.

Aktive optische Kabel (Abbildung 3) verwenden die gleiche Technologie zur Annahme der elektrischen Signale. Mit Hilfe ihrer Komponenten sind sie jedoch in der Lage, diese elektrischen Signale in optisches Licht umzuwandeln und über das optische Kabel zu übertragen. Mit dieser Lösung verbessern sie die Geschwindigkeit und die Leistung der Datenübertragung, ohne die Zuverlässigkeit und Kompatibilität mit den Standard-Elektroports der Netzwerkgeräte zu beeinträchtigen.

Der Markt für aktive optische Kabel wächst von Jahr zu Jahr weiter, vor allem aufgrund ihrer breiten Anwendungsmöglichkeiten:

  • - InfiniBand QDR, DDR und SDR verbinden sich. Diese Lösung bietet einen sehr hohen Durchsatz und sehr geringe Latenzzeiten bei Verbindungen.
  • - Datenaggregation und Backplane-Anwendungen
  • - 40 GB Ethernet und 10 GB Ethernet Verbindungen
  • - Interconnectivity zwischen Hubs, Switches, Routern und Servern

Aktive optische Kabel erübrigen den Einsatz eines externen optischen Transceivers, da der Transceiver auf dem Kabel selbst montiert ist. Diese Kabel bieten im Vergleich zu Direct Attach Kupferkabeln einige wichtige Vorteile:

  • - Sie bieten eine größere Bandbreite, bis zu 40 GB/s und 100 GB/s mit QSFP+.
  • - Sie bieten Widerstand gegen elektromagnetische Störungen, da sie keinen elektrischen Strom leiten können. Die elektromagnetischen Störungen können schließlich zu einer Verschlechterung des Betriebs und sogar zu einem kompletten Systemausfall führen.
  • - Sie sind aufgrund ihres Materials viel leichter als die Direct Attach Kupferkabel, was ihre Handhabung, Installation und den Austausch erleichtert.

Auch wenn aktive optische Kabel in der Herstellung und Anschaffung teurer sind als Direct Attach-Kabel, steigt ihr Einsatz von Tag zu Tag, da sie eine hohe Bandbreite und stabile Netzwerkverbindung garantieren.

Was ist ein Storage Area Network und welche Komponenten werden verwendet?

In den heutigen Unternehmen wächst der Datenverkehr bemerkenswert schnell. Dieser Datenverkehr erfordert eine hohe Bandbreite und einen größeren Speicherplatz, um sicher gespeichert zu werden. In nur fünf Jahren ist der durchschnittliche Datensatz um das Vierfache gewachsen und diese Daten haben heute viele Formen wie strukturiert, teilstrukturiert und unstrukturiert. In der heutigen Welt sind diese Daten wertvoller geworden als jeder andere Sektor in der Branche mit Ausnahme der Personalabteilung. Der Prozess, es zu speichern, zu schützen, zu verwalten und darauf zuzugreifen, ist zu einer Kunst für sich geworden. Diese neue Herausforderung für die IT-Abteilungen hat sich zu einem der Hauptkonzentrationsbereiche der IT-Leiter entwickelt. Storage Area Networks arbeiten hinter Servern, um einen Weg zwischen Speichern und Servern zu finden. Storage Area Networks bieten Zugriff auf bestimmte Daten, die von Computer- und Personalressourcen gemeinsam genutzt werden. Die meisten Storage Area Networks basieren heute auf den Technologien Fibre Channel (FC) und Fibre Channel over Ethernet (FCoE).  

Storage Area Networks verwenden das IP-Protokoll, um den Speicherdatenverkehr über die Netzwerkarchitektur zu transportieren. Durch die Kombination des Storage Area Network mit LANs, WANs und MANs wurde die Netzwerkarchitektur immer stabiler und schneller und bot gleichzeitig eine stabile Grundlage für Virtualisierung, Spiegelung, Backup und Management.

Das IP-Protokoll wird hauptsächlich durch den Fibre-Channel over Ethernet-Standard genutzt. Dieser Standard arbeitet durch die Kapselung von Fibre Channel-Befehlen in den IP-Verkehr mit Hilfe eines Converged Network Adapters, auch CNA genannt, der sowohl Ethernet als auch Fibre Channel sprechen kann. Mit dieser Lösung wurde der Einsatz von 10 GB Ethernet in Rechenzentren immer beliebter. Das 10 GB Ethernet bietet eine zuverlässige Grundlage für die Netzwerkarchitektur des Rechenzentrums und insbesondere für die SAN-Vernetzung.

Die typischen Komponenten des Storage Area Network, das mit Fibre Channel over Ethernet eingesetzt wird, sind:

  • Interconnectivity-Geräte wie Switches. Ein SAN-Switch bietet eine niedrige bis mittlere Portanzahl von im Allgemeinen unter 64 Ports. Diese Switches können miteinander verbunden werden, um ein großes Speichernetzwerk zu bilden.
  • Übersetzungsgeräte wie Host Bus Adapter (HBA), die in Storages, Servern, Routern und Gateways installiert werden. Diese Adapter sind komplexer als die typischen Netzwerkadapter. Sie dienen dazu, das Fibre Channel-Netzwerk über das Netzwerk-Verkabelungssystem mit dem IP-Netzwerk zu verbinden.
  • Speichergeräte wie RAID- oder Nicht-RAID-Festplatten und Bandbibliotheken zur Speicherung aller Daten.
  • Server, die als Initiatoren des Fibre Channel fungieren und eine Schnittstelle zu einer IP-Netzwerkinfrastruktur bereitstellen.
  • Physikalische Medien wie Kabel verschiedener Art, hauptsächlich Glasfaserkabel.

Die Vorteile von Storage Area Networks sind vielfältig. Ausgehend davon, dass sie den Kunden den wesentlichen Datenzugriff ermöglichen, bieten sie die für alle Netzwerkanwendungen erforderliche hohe Bandbreite bis hin zur Virtualisierung und gewährleisten eine funktionale und stabile Netzwerkarchitektur für die kommenden Jahre. Storage Area Networks bieten eine Vielzahl von Lösungen, je nach den Anforderungen von Rechenzentren. Darüber hinaus implementieren einige Rechenzentren eine Reihe verschiedener Speicherlösungen in ihren Netzwerken, darunter den dominanten Fibre Channel über Ethernet und, nicht so häufig, das Small Computer Systems Interface (SCSI) über IP (iSCSI). Diese Lösung nutzt vorhandene Ethernet-Geräte und das IP-Protokoll, um Daten, die in einem SCSI Storage Area Network gespeichert sind, zu übertragen und zu verwalten. Dies ist eine schnelle und kostengünstige Lösung, die eine Fernverbindung ermöglicht.

Mit dem relativ einfachen Upgrade auf 10 GB Ethernet bereiten Storage Area Networks auch Rechenzentren und Service Provider auf ihr Upgrade auf 40 GB und 100 GB Ethernet vor, die darauf warten, die gesamte Netzwerkarchitektur auf ein neues Niveau zu heben.

Wie sollte ich mein Netzwerk von 10GbE auf 40GbE aktualisieren?

Große Unternehmen und Dienstleister erwägen, ihre Netzwerke von 10 Gbit/s auf 40 Gbit/s zu erweitern. Dieses Upgrade ist notwendig geworden, um die Anforderungen von Anwendungen mit hoher Bandbreite wie Video-Streaming, Überwachung, Satellitenkommunikation und File-Sharing zu erfüllen. Während die Aufrüstung von 10 GbE auf 40 GbE für die Deckung der Nachfrage unerlässlich ist, sind mit ihr erhebliche Kosten verbunden, die entsprechend den organisatorischen Richtlinien und Einschränkungen gerechtfertigt und geplant werden müssen. In diesem Artikel werden wir die Möglichkeiten diskutieren, das Netzwerk von 10 Gbit/s auf 40 Gbit/s zu aktualisieren, ohne eine drastische Veränderung im gesamten Netzwerk zu verursachen.

Schritt-für-Schritt-Ansatz

In einem Netzwerk, das aus Dutzenden von Netzwerkgeräten besteht, ist es nicht möglich, alle 10 Gbit/s Netzwerkgeräte durch 40 Gbit/s Netzwerkgeräte auf einmal zu ersetzen. Ein schrittweiser Ansatz ist erforderlich, um die 10 Gbit/s Netzwerkgeräte und die 40 Gbit/s Geräte schrittweise auslaufen zu lassen. Dieser Ansatz wird im Folgenden ausführlich erläutert.

Ein Netzwerk besteht aus drei Hauptsegmenten, die in Abbildung 1 dargestellt sind.

  • Kern
  • Vertrieb
  • Zugang

Figure 1: Network Segments

In den meisten der 10-Gbit/s-Netzwerke verbinden sich Kern- und Verteilungsschichten über 10-Gbit/s-Verbindungen, während die Access Layer Switches über 1-Gbit/s-Netzwerke verbunden sind. In einem solchen Szenario ist der ideale Weg, das Netzwerk auf 40 Gbit/s aufzurüsten, die Access Switches im ersten Schritt zu aktualisieren und dann zu den Verteilungs- und Kernnetzwerkgeräten überzugehen. Die folgenden Schritte können als Leitfaden auf hoher Ebene befolgt werden, um eine reibungslose Migration zu ermöglichen:

Schritt 1: Upgrade der Access Layer Switches von 1 Gbps Uplinks auf 10 Gbps Uplinks

Schritt 2: Upgrade der Core Layer Switches von 10 Gbps auf 40 Gbps

Schritt 3: Verwenden Sie die QSFP+ Breakout-Kabel oder MPO/MTP-Verbindungen, um 20 Gbps oder 40 Gbps Uplink zu Core-Switches von den vorhandenen 10 Gbps-Verteilungsswitches bereitzustellen.

Schritt 4: Upgrade der Distribution Layer Switches auf 40 Gbps mit 10 Gbps Access Ports
Auf diese Weise werden die Core- und Distribution-Switches über 40 Gbit/s-Verbindungen und die Distributions- und Access-Schichten über 10 Gbit/s-Verbindungen verfügen.

Fazit

Ein schrittweiser Ansatz ist erforderlich, um eine reibungslose Migration zu planen und durchzuführen, um den vollen Nutzen von 40-Gbit/s-Netzen zu erzielen. Laut IDC, einem führenden und unabhängigen Marktforschungsunternehmen, werden 10 Gbps und 40 Gbps in den kommenden Jahren ein starkes Wachstum verzeichnen. Abbildung 2 zeigt eine Marktstudie von IDC.

Abbildung 2: Starkes Wachstum für 10 Gbps und 40 Gbps

Der Einsatz von 100BASE-X SFPs Sende-Empfänger

In der Computervernetzung ist Fast Ethernet ein Sammelbegriff für eine Reihe von Ethernet-Standards, die den Verkehr mit einer Nennrate von 100 Mbit/s übertragen (die ursprüngliche Ethernet-Geschwindigkeit betrug 10 Mbit/s).

Fast Ethernet wird manchmal als 100BASE-X bezeichnet, wobei "X" ein Platzhalter für die Varianten FX und TX ist. Die Norm legt die Verwendung von CSMA/CD für die Zugangskontrolle fest. Es wird auch ein Vollduplex-Modus spezifiziert und in der Praxis verwenden alle modernen Netzwerke Ethernet-Switches und arbeiten im Vollduplex-Modus.

Das "100" in der Medientypbezeichnung bezieht sich auf die Übertragungsgeschwindigkeit von 100 Mbit/s, während das "BASE" sich auf die Basisbandsignalisierung bezieht. Der Buchstabe nach dem Bindestrich ("T" oder "F") bezieht sich auf das physikalische Medium, das das Signal trägt (Twisted Pair bzw. Glasfaser), während das letzte Zeichen ("X", "4", etc.) auf das verwendete Kodierungsverfahren verweist.

Der Small Form Factor Pluggable (SFP) ist ein kompakter, hot-plugfähiger Transceiver, der sowohl für Telekommunikations- als auch für Datenkommunikationsanwendungen eingesetzt wird. Der Formfaktor und die elektrische Schnittstelle werden durch eine Multi-Source-Vereinbarung (MSA) unter der Schirmherrschaft des SFF-Ausschusses festgelegt. Es ist ein beliebtes Branchenformat, das gemeinsam von vielen Anbietern von Netzwerkkomponenten entwickelt und unterstützt wird.

Das SFP verbindet eine Netzwerkgeräte-Motherboard (für einen Switch, Router, Medienkonverter oder ähnliche Geräte) mit einem Glasfaser- oder Kupfer-Netzwerkkabel.

100BASE-TX ist die vorherrschende Form von Fast Ethernet und läuft über zwei Adernpaare innerhalb eines Kabels der Kategorie 5 oder höher. Wie bei 10BASE-T werden die aktiven Paare in einer Standardverbindung an den Pins 1, 2, 3 und 6 abgeschlossen. Da ein typisches Kabel der Kategorie 5 4 Paare enthält, kann es zwei 100BASE-TX-Verbindungen mit einem Kabeladapter unterstützen. Jedes Netzwerksegment kann einen maximalen Verkabelungsabstand von 100 Metern (328 ft) aufweisen. In seiner typischen Konfiguration verwendet 100BASE-TX ein Paar verdrillter Drähte in jede Richtung und liefert 100 Mbit/s Durchsatz in jede Richtung (Vollduplex).

BlueOptics© SFP 1000BASE-T, 100M, Copper Transceiver ist eine Option für diese Kategorie mit RJ45-Stecker von CBO und wurde für Gigabit Ethernet (GbE) Hochgeschwindigkeitsanwendungen von bis zu 1,25 Gigabit pro Sekunde über Cat5 Twisted Pair Kabel entwickelt.

100BASE-FX ist eine Version von Fast Ethernet über Glasfaser. Es verwendet eine Lichtwellenlänge von 1300 nm im nahen Infrarot (NIR), die über zwei Glasfaserstränge übertragen wird, einen für den Empfang (RX) und den anderen für die Übertragung (TX). Die maximale Länge beträgt 412 Meter.

Der BlueOptics© BO05A13602 Small Form-Factor Pluggable (SFP) Transceiver mit LC-Duplex-Stecker von CBO ist für multimodale Fast Ethernet (FE), Fibre Channel over Ethernet (FCoE) oder OC-3/STM1 SDH/SONET-Anwendungen mit bis zu 155 Megabit pro Sekunde ausgelegt.

Glasfaserübertragung

Glasfaserkabel sind zu einem Medium der Wahl für moderne Übertragungsnetze geworden. Telekommunikationsnetze auf der ganzen Welt nutzen Glasfaser-Übertragungssysteme für eine effiziente, robuste und zuverlässige Kommunikation. Die Verwendung der traditionellen Übertragungssysteme wie Kupferkabel, Mikrowellenverbindungen und Funkfrequenzen hat ihre Grenzen und Nachteile wie begrenzte Entfernungen, begrenzte Geschwindigkeiten, umfangreiche Wartung und Schwierigkeiten bei der Skalierung. Faseroptische Übertragungssysteme lösen all diese Probleme und bieten eine viel praktikablere Methode zur Erreichung der Kommunikationsziele.

Ein faseroptisches Übertragungssystem besteht aus den folgenden Hauptkomponenten:

  • Elektrische Schnittstelle - Senderende
  • Datenencoder/Modulator
  • Optischer Sender
  • Optischer Empfänger
  • Datendekoder/Demodulator
  • Elektrische Schnittstelle - Empfängerseite

Abbildung 1 veranschaulicht den Signalfluss durch diese Komponenten.

Abbildung 1: Faseroptische Übertragungskomponenten

Der Sender verwendet eine elektrische Schnittstelle, um die Benutzerdaten durch AM, FM oder digitale Modulation zu kodieren. Eine Laserdiode oder eine LED kodieren, um eine optische Ausgabe von typischerweise 850 nm, 1310 nm oder 1550 nm zu ermöglichen. Das Signal wandert dann über das Glasfaserkabel zum optischen Empfänger, der die Nachricht entschlüsselt und wieder in ein elektrisches Signal umwandelt. Dieses elektrische Signal wird dann der Kommunikationseinrichtung zugeführt.

Vorteile der faseroptischen Übertragung
Die faseroptische Übertragung hat mehrere Vorteile gegenüber den anderen traditionell verwendeten Medien wie Koaxial- oder Twisted-Pair-Kabel. Einige der Vorteile sind im Folgenden aufgeführt und erläutert:

Langstreckensignalübertragung
Die geringe Dämpfung und die überlegenen Signalintegritätseigenschaften optischer Systeme ermöglichen viel längere Intervalle der Signalübertragung als bei herkömmlichen Medien. Es ist nicht ungewöhnlich, dass optische Systeme über 100 Kilometer (km) ohne zusätzliche aktive oder passive Komponenten laufen.

Physikalische Eigenschaften
Heutige Anwendungen erfordern eine ständig wachsende Bandbreite, Anwendungen wie Video-Streaming, Sprach- und Videokommunikation, hochauflösende Bildübertragungen und Satellitenkommunikation in Echtzeit sind bandbreitenempfindlich. Der Einsatz von faseroptischen Übertragungssystemen für diese Anwendungen eliminiert Verzögerungen und Jitter und gewährleistet eine reibungslose und zuverlässige Kommunikation. Ebenso ist es wichtig, die Platzverhältnisse vieler Endbenutzer zu berücksichtigen. Es ist sehr verbreitet, neue Verkabelungen in bestehenden Kanälen zu installieren. Der relativ kleine Durchmesser und das geringe Gewicht des Glasfaserkabels im Vergleich zu den Kupferkabeln machen solche Installationen einfach und praktisch und sparen wertvollen Leitungsplatz in dieser Umgebung.

Nichtleitfähigkeit
Ein weiterer Vorteil von Glasfaserübertragungssystemen ist die nichtleitende Eigenschaft von Glasfaserkabeln. Da das faseroptische Übertragungssystem keine metallischen Komponenten enthält, kann es in Bereichen mit elektromagnetischen Störungen (EMI), einschließlich Hochfrequenzstörungen (RFI), installiert werden. Zu den Gebieten mit hoher EMV gehören Versorgungsleitungen, stromführende Leitungen und Eisenbahngleise.

Sicherheit
Im Gegensatz zu herkömmlichen Kupferverkabelungssystemen macht es die nichtleitende Natur der Glasfaser nahezu unmöglich, das im Kabel übertragene Signal aus der Ferne zu erfassen. Der einzige Weg, dies zu tun, ist der Zugang zur Glasfaser. Der Zugriff auf die Glasfaser erfordert einen Eingriff, der durch die Sicherheitsüberwachung leicht erkennbar ist. Diese Umstände machen die Faser für Regierungsbehörden, Banken und andere mit großen Sicherheitsbedenken äußerst attraktiv.

Skalierbarkeit
Lichtwellenleiter-Übertragungssysteme sind erschwinglich, skalierbar und zuverlässig. In vielen Fällen sind Faserlösungen kostengünstiger als Kupfer. Da der Bandbreitenbedarf mit dem technologischen Fortschritt rasant zunimmt, werden faseroptische Übertragungssysteme weiterhin eine entscheidende Rolle für den langfristigen Erfolg der Telekommunikation spielen.

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