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Was sind die am häufigsten verwendeten Verbindungen innerhalb eines Rechenzentrums?

 

In der Umgebung eines Rechenzentrums gibt es viele Verbindungen, die von einer großen Anzahl an Ports von Access Switches zu den Ports von Backbone-Routern mit großer Bandbreitenkapazität führen, welche wiederum mit besonderen Portverbindungen zu Storage Access Netzen verbunden sind. Alle diese Ports benötigen zuverlässige Implementierungen in Form von Verbindungskabeln auf kurzen Distanzen. Es gibt zwei Hauptformen von Verbindungslösungen:

 

AOC (Active Optical Cables) Kabel und DAC (Direct Attach Cables) Twinaxial Kabel. Die Zielanwendung ist die Zusammenschaltung von Top-of-Rack-Switches mit Applikationsservern und Speichergeräten innerhalb eines Racks oder über benachbarte Racks hinweg.

 

Aktive Optische Kabel (AOC) – Die optische Lösung
AOC - Kabel werden unter Verwendung optischer Fasern gefertigt und haben an den Enden aktive optische Komponenten in Form von optischen Transceivern angebracht. Ihr Vorteil besteht im Schutz vor elektromagnetischen Störungen, in größeren Bandbreiten Möglichkeiten und eingebetteten Management-Funktionen in den aktiven Endteilen des Kabels. Alle diese Eigenschaften sind jedoch verbunden mit einem proportional höheren Preis im Vergleich zu Twinaxial DAC Kabeln.

 

 

 

Direct Attach Kabel (DAC) – Die Twinaxial Kupfer Lösung
DAC - Kabel verwenden twinaxiale Kupferdrähte um Signale zu übertragen. Twinaxial DAC Kabel ähneln CATV Koaxialkabeln, sind aber nicht dasselbe, da DAC Kabel aus zwei leitenden Drähten bestehen, welche durch ein Schutzschild abgeschirmt werden. Sie sind geeignet für Datenraten von bis zu 10 Gbps und Distanzen von bis zu 15 Metern. An den jeweiligen Enden befinden ebenfalls Transceiver als Steckverbinder.

Der Vergleich: Twinaxial gegen Cat5 oder Cat6 Ethernet-Kabel
Der Vorteil von Twinaxial DAC Kabeln über kurze Distanzen besteht in der niedrigeren Verzögerung bei Übertragungen von 0,1μs gegenüber 1,5 bis 2,5μs für aktuelle Implementierungen von SFP+ DAC-Kabeln im Vergleich zu 10GBASE-T über Cat. Kabel.

Die Leistungsaufnahme von Twinaxial DAC Kabeln mit SFP+ Connector liegt bei etwa 0,1 Watt, was ebenfalls viel besser ist im Vergleich zu 4-8 Watt bei 10GBASE-T über Cat. Kabel. DAC Kabel dürfen nicht unterhalb ihres minimalen Biegeradius gebogen werden, was von der Kabelgröße abhängt, die in dem Maß AWG (American Wire Gauge) angegeben ist.

Was unterscheidet aktive von passiven DAC-Kabeln?
Es gibt ein paar Varianten von DAC Kabeln, die aktive Module an den jeweiligen Enden des Kabels haben. Diese aktive Twinaxial 10G SFP+ CU/CR DAC Verbindung verwendet einen Empfangsentzerrer im Host PHY/SerDes, um die Inter-Symbol-Interferenz (ISI) des Kabels zu kompensieren und eine Signal Verstärkung und Optimierung durchzuführen. Hierdurch wird eine Übertragung auf längeren Strecken möglich gemacht.

 

Die übliche Reichweite für passive DAC Kabel Varianten liegt innerhalb von 7 Metern für Rechenzentrumsverbindungen. Die aktiven Komponenten sind derzeit erhältlich für Datenraten von bis zu 40G, passive bis 100G.

 

Passive Kabel sind weniger kostspielig, aber müssen vom Host richtig bedient werden um korrekt zu arbeiten.

 

Vorteile passive DAC Kabel:

Nachteile passiver DAC Kabel:

- Geringere Kosten
- Höhere Zuverlässigkeit

- Keine TX Deaktivierung
- Keine Unterbrechungen möglich
- Begrenzte Verwaltungsschnittstelle
- Host muss CU-Kabel selber betreiben

 

 


Die neue Generation: 100G Direct Attach Kabel
Die physikalischen 40GBASE-CR4 und 100GBASE-CR10 Schichten die 7 Meter Twinaxial Kabel nutzen, werden als Teil der 100 Gigabit Ethernet Spezifikationen der IEEE 802.3bj Arbeitsgruppe entwickelt.

IEEE 802.3bj definiert eine 4-spurige 100Gbit/s PHY Rückwandplatine für den Betrieb von Verbindungen die mit Kupferspuren versehen sind, um Längen von bis zu mindestens einem Meter zu ermöglichen und einer 4-spurigen 100Gbit/s PHY für den Betrieb über Verbindungen die mit Kupfer-Twinaxial Kabeln übereinstimmen, mit Längen von bis zu mindestens 5 Metern.

Das SC282801LXM30 - BlueLAN© 100GBASE-CR4 QSFP28 Direct Attach Kabel (passiv), 1 bis 2 Meter, AWG 30 - Dieser Artikel ist aktuell die DAC Lösung mit der höchsten Bandbreite mit einen Gesamtdurchsatz von 100 Gigabit pro Sekunde.

 

Was ist ein Bidirektionaler optischer WDM-BIDI-Transceiver?

Für gewöhnlich beruhen optische Netzwerke auf Transceivern, die eine optische Faser verwenden, um Daten zu senden und eine andere optische Faser um Daten zu empfangen, in Verbund mit der jeweiligen Netzwerkhardware. Im Allgemeinen erhöht diese Art der Datenübertragung die Kosten der Netzwerk-Bereitstellung, jedoch können mit der Verwendung bidirektionaler optischer WDM-BIDI-Transceivers und deren Fähigkeit, Daten über eine einzelne optische Faser zu senden und zu empfangen, kostengünstigere optische Netzwerke geschaffen werden.

BlueOptics Bidi Transceiver BlueOptics Bidi Transceiver

Der bidirektionale optische Transceiver oder kurz BIDI ist ein Typ eines optischen Transceivers, der eine Wellenlängenmultiplextechnologie (engl.: Wavelength Division Multiplexing ) verwendet, welche auch als WDM-Technologie bekannt ist. Der BIDI-Transceiver schafft dies mit Hilfe des integrierten bidirektionalen Kopplers, der Signale sendet und empfängt.

BlueOptics Bidi Transceiver BlueOptics Bidi Transceiver

Der Hauptunterschied, der BIDI-Transceiver von Standard zwei-Faser Duplex Transceivern unterscheidet, ist die Möglichkeit, dass BIDI-Transceiver optische Lichtdaten durch eine einzige Faser senden und empfangen. Dies wird in den folgenden Bildern leicht veranschaulicht, da diese einen seitlichen Ansichtsvergleich zwischen diesen beiden Arten von Transceivern bieten. Der andere wichtige Unterschied zwischen dem Standard- und dem BIDI-Transceiver ist die bereits genannte Wavelength Division Multiplexing-Technologie, die in BIDI-Transceivern integriert ist. Diese Technologie trennt die gesendeten und empfangenen Daten über die gleiche Faser basierend auf den Wellenlängen des Lichts. Um jedoch auf maximaler Ebene arbeiten zu können, muss der BIDI-Transceiver in passenden Paaren eingesetzt und auf die erwartete Wellenlänge des Senders und Empfängers abgestimmt werden. Damit die Transceiver miteinander arbeiten können, muss, wenn ein Transceiver auf der Wellenlänge von 1310nm überträgt, die andere Seite eine Wellenlänge von 1310nm auch empfangen können.

Die üblichen Arten von BIDI-Transceivern, die in heutigen Netzwerken verwendet werden, sind:

BlueOptics X2 Bidi Transceiver

Bidirektionaler optischer X2 Transceiver - Wurde als erstes Bidi Modul für 10GB serielle Datenkommunikation konzipiert. Dieses Sende-/Empfangsgerät besteht aus zwei Teilen: Einem Senderteil unter Verwendung eines Mehrquanten-1330/1270nm-Verteilungs-Rückkopplungslasers und einem Empfangsteil des Transceivers, welcher einen integrierten Detektor mit Vorverstärker für 1270/1330nmverwendet. Dieser optische Transceiver wird hauptsächlich in Ethernet-Lösungen eingesetzt, vorwiegend in älterer Netzwerkhardware.

BlueOptics SFP Bidi Transceiver BlueOptics GBIC Bidi Transceiver

Bidirektionaler optischer SFP Transceiver - Werden am häufigsten in Hochgeschwindigkeits-Duplex-Datenverbindungen über eine einzige optische Faser eingesetzt. Die üblichsten optischen Wellenlängen für diesen Transceiver sind 1310/1490nm, 1490/1550nm, 1310/1550nm erhältlich. Diese Art von Transceivern wird heutzutage als Nachfolger des GBIC Transceivers (Gigabit Interface Converter) in der optischen Kommunikation für optische Telekommunikation und optische Daten bidirektionale Gigabit Anwendungen verwendet.

BlueOptics SFP+ Bidi Transceiver BlueOptics XFP Bidi Transceiver

Bidirektionaler optischer SFP+ Transceiver - Diese Art von Transceivern ist eine fortgeschrittene Version des BIDI SFP Transceivers. Er kann für 10GB Datenlinks eingesetzt werden und ist für Distanzen bis zu 80 Kilometer konzipiert. Auch für den Formfaktor XFP sind Bidi Varianten erhältlich.

BlueOptics QSFP Transceiver

Bidirektionaler optischer QSFP Transceiver - Dieser Transceiver verfügt üblicherweise über zwei 20-GB/s-Kanäle, die jeweils gleichzeitig über einen einzigen Multi-Mode-Strang (OM3 oder OM4) übertragen und empfangen werden.

Der offensichtliche Vorteil der Verwendung von bidirektionalen Transceivern ist einfach: Reduzierung der Glasfaserkabelinfrastruktur, Reduzierung der Anzahl der Patchkabel und -felder und damit Reduzierung der Gesamtkosten der Netzwerklösung. Obwohl bidirektionale optische Transceiver mehr kosten, um sie zu erwerben, haben sie den Vorteil, dass die Hälfte der Fasermenge pro Distanz, die für ein bestimmtes Projekt benötigt wird, reduziert wird.

Heute werden die bidirektionalen optischen Transceiver hauptsächlich in FTTH / FTTB-aktiven Ethernet-Punkt-zu-Punkt-Verbindungen verwendet. Diese Verbindungen bestehen aus einer Zentralstelle oder einer Betriebseinrichtung (engl.: Premises Equipment, kurz PE), die mit der Kundenbetriebseinrichtung (engl.: CPE = Customer Premises Equipment) verbunden ist. Aktive Ethernet-Lösungen nutzten die Point-to-Point-Technologie, bei der jeder Kunde mit einer speziellen Faser an die Betriebseinrichtung angeschlossen ist. In diesem Fall ist die Verwendung von BIDI-Transceivern unerlässlich, da hierdurch eine bidirektionale Kommunikation über eine einzelne Faser bereitgestellt werden muss, indem die WDM-Technologie verwendet wird, wodurch die Verbindung einfacher zu implementieren, zu warten und zu konfigurieren ist.

Optische Transceiver im LWL Netzwerk

Netze mit optischen Lichtwellenleitern, sogennanten Transceivern, entwickelten sich Ende des 20. Jahrhunderts, um den wachsenden Anforderungen an Bandbreite gerecht zu werden und um schnellere Kommunikationsnetze zu ermöglichen. Optische Transceiver verwenden eine Laser Lichtquelle, die Signale durch einen oder mehrere Glasstränge (Fasern) überträgt. Optische Transceiver haben mehrere Vorteile gegenüber der Kupfer / elektrischen Drahtkommunikation, wie zum Beispiel eine erhöhte Kommunikationsdistanz, mehr Bandbreite und höhere Datenraten. Neben den enormen Vorteilen, die optische Transceiver bieten, müssen auch einige zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, um ein zuverlässiges und robustes Netzwerk zu gewährleisten. Dazu gehört die Vermeidung von Faserbiegungen, eine richtige Koppelung, Spleißen und der Einsatz geeigneter Transceiver für die Kommunikation im Glasfaser-Netzwerk. Optische Transceiver sind in verschiedenen Typen und Formfaktoren verfügbar und entwickelten sich vom Gigabit-Interface Converter, üblicherweise als GBIC bezeichnet, über den Small Form-Factor Pluggable, allgemein als SFP bekannt, bis hin zum C Form-Factor Pluggable (kurz CFP).

Alle oben erwähnten Transceiver stellen die Schnittstelle für die Faser bereit, die auf dem Kommunikationsgerät (wie z.B. einem Switch oder Router) anzuschließen ist. Die Wahl des Transceivers hängt von verschiedenen Faktoren ab, dies umfasst:

  • • Länge der Kommunikationsverbindung
  • • Typ des verwendeten Glasfaserkabels, d. h. Singlemode oder Multimode
  • • Art des Steckplatzes am Kommunikationsgerät
  • • Bandbreite der Kommunikationsverbindung


In den nächsten Abschnitten schauen wir noch etwas genauer auf die Entwicklung optischer Transceiver.

Gigabit-Interface Converter (GBIC) Transceiver

Das GBIC-Sende- / Empfangsgerät wurde 1990 vom Small Form Factor Komitee (SFF Komitee) eingeführt und standardisiert. Der Hauptgrund für die Entwicklung eines solchen Transceivers bestand darin, die Verwendung von Glasfaserkabeln zu ermöglichen, zwei oder mehr Kommunikationsvorrichtungen zu verbinden und eine größere Bandbreite und größere Distanzdirektverbindungen zu ermöglichen. GBIC-Transceiver bieten üblicherweise bis zu 1 Gbit/s Duplexbandbreite über eine einzige Verbindung, obwohl sie auch für Geschwindigkeiten von bis zu 2,5 Gbit/s einsetzbar wären.

BlueOptics GBIC Transceiver

GBIC-Transceiver verwenden gewöhnlich den SC-Stecker, um das Glasfaserkabel zu terminieren. GBIC-Transceiver sind jedoch auch für 1000BASE-T Anwendungen verfügbar, welche mit den üblichen Twisted-Pair-Kupferkabeln angeschlossen werden können. Eines der Hauptmerkmale von GBICs ist die Hot-Swap-Fähigkeit, das heißt, dass es nicht notwendig ist, die eingesetzte Hardware auszuschalten, um den GBIC einzusetzen oder zu entfernen. Dies ermöglicht, dass das Kommunikationsnetzwerk immer eingeschaltet bleiben kann, auch wenn neue Links hinzugefügt werden.

Die Abmessungen des GBIC-Transceivers gemäß dem Standarddokument des SFF-Komitees betragen 57,15mm x 12,01mm x 30,48mm (LxHxB). Der GBIC-Steckplatz in der Kommunikationshardware ist auch so gestaltet, dass die erwähnten Abmessungen passen.

Small Formfaktor Pluggable (SFP) Transceiver

SFP-Transceiver waren der nächste Schritt bei der Entwicklung von Glasfaser-Transceivern, dieser wurde auch vom SFF-Komitee im Jahr 2001 serienmäßig entwickelt. Ein SFP-Transceiver ist im Vergleich zu seinem Vorgänger wesentlich kleiner. Die Größe des SFP-Steckplatzes in einem Kommunikationsgerät ist in etwa mit dem normalen elektrischen Ethernet-Port vergleichbar. Die im Standardpapier des SFF-Ausschusses enthaltenen Abmessungen sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Transceiver Breite, vorne 13.7 mm
Transceiver Höhe, vorne 8.6 mm
Transceiver Breite, hinten 13,4 mm
Transceiver Höhe, hinten 8,5 mm
Transceiver Gesamtlänge 56,5 mm

BlueOptics SFP Transceiver
Hier ist es notwendig zu erwähnen, dass mehrere Varianten von SFPs entwickelt wurden, um eine höhere Bandbreite unter Verwendung des gleichen Formfaktors zu ermöglichen. SFP+, XFP, XENPAK und X2 sind Transceiver, die 10-GBit/s-Duplex-Verbindung unterstützen. QSFP-Transceiver unterstützen bis zu 40Gbps-Verbindungen mit einer etwas größeren Größe als SFP und SFP+ Transceiver.

C Form-Factor Pluggable (CFP) Transceiver

Um der stetig wachsenden Nachfrage nach höherer Geschwindigkeit gerecht zu werden, haben Ingenieure damit begonnen, einen Transceiver zu entwickeln, der 100 Gbps und höhere Bandbreiten unterstützt. Im Jahr 2009, wurde ein neuer im MSA standardisierter Transceiver namens CFP veröffentlicht, welcher 100Gbps Übertragungen unterstützt. Ein CFP-Transceiver Modul hat die Abmessungen 144,8mm x 82mm x 13,6mm (LxBxH).

Ein CFP-Transceiver unterstützt bis zu 10km Distanzen bei Single-Mode-Glasfaserkabeln und bis zu 150m bei laseroptimierten Multimode-Glasfaserkabeln.

BlueOptics CFP Transceiver

Weitere Varianten von CFP-Transceivern wurden inzwischen als Standards entwickelt: CFP2 unterstützt bis zu 100Gbps mit einem kleineren Formfaktor und CFP4 unterstützt bis zu 100Gbps mit Formfaktor ähnlich dem von QSFP-Transceivern.

Schlussfolgerung

Angesichts der oben erwähnten Details über den Fortschritt und die Entwicklung der optischen Transceiver ist es zwingend erforderlich, dass der Trend der steigenden Kommunikationsgeschwindigkeiten und der kleineren Formfaktoren in Zukunft fortbestehen wird. Heute hat jede Person ein Smartphone, einen Tablet-PC, einen Laptop und einen Desktop-Computer, die alle mit irgendeiner Art von Netzwerk verknüpft sind, auch die Armbanduhren und Fernseher verbinden sich in diesen Tagen mit dem Internet. Dieses enorme Wachstum im Datenverkehr hat diese Entwicklung hervorgerufen, welche wir heute in Glasfasernetzen verfolgen können. In naher Zukunft wird der Fall eintreten, dass die derzeitige Technologie nicht mehr ausreichen wird, um den Anforderungen der nächsten Generation intelligenter Geräte gerecht zu werden. Die Entwicklungs- und Forschungsarbeit muss somit immer schneller den Fortschritt der Technologien vorantreiben.

Fiber-Blog.de - Wissenswerte Artikel und Neuigkeiten aus der Welt der LWL Netzwerktechnik

Fiber-Blog.de - Wissenswerte Artikel und Neuigkeiten aus der Welt der LWL Netzwerktechnik Eine steigende Verbreitung und ständige Weiterentwicklungen von Produkten für Netzwerkübertragungen über Glasfasern lässt die Welt der LWL Netzwerktechnik schnell unübersichtlich erscheinen. Auf Fiber-Blog.de erhalten Sie ab sofort wichtige Informationen zu den verschiedenen in einem LWL Netzwerk eingesetzten Komponenten, deren Unterschiede, sowie den verschiedenen Einsatzmöglichkeiten und Funktionen und weitere wichtige Neuigkeiten die Ihnen den Alltag erleichtern und Ihren Wissensstand verbessern sollen.

Optische Transceiver

Ein sehr wichtiges Feld wird das Thema optische Transceiver Module darstellen, wo schon bei der Planung eines Netzwerks viele Fragen auftauchen: Welcher Unterschied verbirgt sich hinter den verschiedenen Formfaktoren (wie CFP, CFP2, CFP4, QSFP28, QSFP, SFP, SFP+, XFP, etc.)? Welche Bandbreiten werden von optischen Transceivern unterstützt? Welche Funktionen haben optische Transceiver? Welche Anwendungen können mit optischen Transceivern realisiert werden? Welche Anschlüsse haben optische Transceiver? Für welche Temperaturbereiche sind optische Transceiver ausgelegt? Benötige ich Singlemode oder Multimode Transceiver? Welche Qualitätsunterschiede optischer Transceiver muss ich bedenken? ...und mehr.

LWL Patchkabel

Für den Anschluss von optischen Transceivern werden LWL Patchkabel benötigt. Auch hier sind viele wichtige Punkte zu beachten um die gewünschte Verbindungsqualität in seinem Netzwerk zu erreichen und auf Dauer zu gewährleisten: Brauche ich eine Multimode oder eine Singlemode LWL Patchkabel Verbindung? Wie unterscheiden sich die Steckerverbindungen (wie LC, SC, ST, E2000, etc.) bei LWL Patchkabeln? Worauf muss ich achten, wenn ich LWL Patchkabel kaufe? Wie beeinflusst eine hohe Rückflussdämpfung und eine niedrige Eingangsdämpfung die Übertragung? Welche Farbunterschiede haben LWL Patchkabel? Welche Schliffart sollte verwenden (PC, UPC oder APC)? Welche Unterschiede weisen Glasfasern auf? Was ist eine Ferrule und worauf sollte ich achten? Simplex oder Duplex LWL Patchkabel - Was ist der Unterschied? Wann brauche ich eine LWL Dämpfung oder eine LWL Kupplung? ...und mehr.

Direct Attach Kabel (DAC) Lösungen

Für kurze Verbindungen von Racks untereinander und über benachbarte Racks hinweg werden Direct Attach Kabel (DAC) oder SAS Kabellösungen verwendet. Hierbei stellen sich folgende Fragen: Wo liegen die Unterschiede von Direct Attach Kabel und SAS Kabelverbindungen wie QSFP28, QSFP oder SFP+ beziehungsweise MiniSAS und MiniSAS HD? Welche Längen von Direct Attach Kabel und SAS Kabelverbindungen gibt es? Warum gibt es aktive und passive Direct Attach Kabel? Was sind Breakout Direct Attach Kabel? Welche Dinge zeugen von einer guten Qualität eines Direct Attach Kabels / SAS Kabels? Welche Bandbreiten können mit Direct Attach Kabeln und SAS Kabeln realisiert werden? Was sagt der Drahtdurchmesser (AWG) des Direct Attach Kabels / SAS Kabels aus? Welche Vorteile liefern Aktive Optische Kabel (AOC) im Vergleich zu Direct Attach Kabel (DAC) Lösungen? Welche aktiven optischen Kabel (AOC) Lösungen sind verfügbar? ...und mehr.

Optische PLC Splitter

Verschiedene PLC Splitter Lösungen für Provider und Netze mit vielen Teilnehmern werden unter den folgenden Aspekten beleuchtet: Welche PLC Splitter Varianten sind möglich? Wie viele Teilnehmer kann ich mit PLC Splittern anbinden? Auf was muss ich achten beim Kauf von PLC Splittern? ...und mehr.

Twisted Pair Rj45 Patchkabel

RJ45 Twisted Pair Patchkabel verbinden weltweit die meisten Ports in einem Netzwerk und sind auch in Glasfaser Netzwerken nicht weg zu denken. Auch bei dieser Komponente kommen Fragen auf die es zu beantworten gilt: Was unterscheidet die Twisted Pair Kategorien Cat. 5e, Cat 6 und Cat 6a? Warum sollte man RJ45 Twisted Pair Patchkabel mit Vollkupfer Adern und keine Kabel mit Kupfer kaschiertem Aluminium verwenden? Welche Unterscheidungen sind bei RJ45 Steckern vorhanden? Welche Schirmung sollte mein RJ45 Twisted Pair Patchkabel haben? Welche Bandbreiten können mit RJ45 Twisted Pair Patchkabeln realisiert werden? ...und mehr.

MPO / MTP Lösungen

Neue Anschlusstechniken wie die moderne spleißfreie MPO / MTP Kabel Anschlusstechnik werden erklärt und als Alternative zu bestehenden Lösungen vorgestellt: Welchen Vorteil bieten MPO / MTP Lösungen gegenüber herkömmlichen Verkabelungslösungen? Welche Unterschiede haben MPO / MTP Kabel und Kassetten Lösungen (PinUp/PinDown, Typ A, Typ B, Typ C, etc.)? Welche MPO / MTP Kassettenlösungen gibt? Wie funktionieren Multimode und Singlemode MPO / MTP Lösungen im Vergleich? Welche MPO / MTP Breakout Kabel Lösungen sind erhältlich? Wie viele Glasfaser Kerne können über MPO / MTP Lösungen verfügbar gemacht werden? Wo werden MPO / MTP Lösungen eingesetzt? ...und mehr.

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