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 schon überfordert. Wurden Datenraten bis 10 GBit/s noch über Einzelfasern beziehungsweise Faserpaare übertragen, so laufen darüber hinaus gehende Übertragungsraten im Rechenzentrum heute parallel über mehrere Fasern.Die Konsequenz für die Leistungsanforderung ist eine ganz neue Verkabelung mit n x12 Multimode-Fasern in OM3- oder besser in OM4-Qualität. Die Migrationstauglichkeit und damit die Anwendungsneutralität der bisherigen Verkabelung sind damit am Ende angelangt. Der der-zeit gültige Standard IEEE 802.3ba beschreibt die Übertragung über Multimode-Fasern für kurze Entfernungen (100 m über OM3, 150 m über OM4), wie sie üblicherweise im Rechenzentrum vorzufinden sind. Für 40 GBE ist die Parallelübertragung mit 4 × 10 GBit/s über 2 × 4 Fasern (40 GBase-SR4) und für 100 GBE 10 × 10 GBit/s über 2 × 10 Fasern (100 GBase-SR10) genormt.

Die aktuellen Verkabelungsnormen ISO IEC11801 und EN 50173 tragen diesen Anforderungen Rechnung und schreiben laseroptimierte Fasern OM3 und OM4 für Strecken bis 100m beziehungsweise 150m vor. Die Verbindungstechnik erfolgt über Mehrfasersteckverbinder (MPO) mit zwölf oder 24 Fasern, wobei nicht alle Fasern in der Steckverbindung genutzt werden. Für 40 GBase-SR4 ist festgelegt, dass die jeweils äußeren Fasern aktiv sind (Bild 1).

Für 100 GBase-SR10 kommen die jeweils inneren Fasern zum Einsatz, wobei Aktivkomponenten drei verschiedene Portanordnungen aufweisen können:

Side-by-Side Port, das heißt zwei MPO-Stecker mit je zwölf Fasern nebeneinander angeordnet (Bild 2),

Vertically Stacked Ports, zwei MPO-Stecker mit je zwölf Fasern übereinander angeordnet (Bild 3), und

Single Port, ein MPO-Stecker mit 24 Fasern in zwei Ebenen angeordnet (Bild 4).

Die größte zulässige Einfügedämpfung der gesamten Übertragungsstrecke (das optische Leistungsbudget) beträgt 1,9 (OM3) und 1,5dB (OM4). Zusätzlich zu den Herausforderungen bezüglich der Sicherheit des Rechenzentrumsbetriebs, der schnellen Umrüstbarkeit und der Einfachheit der Installation stellt sich die Problematik der eigentlichen Verkabelung wie folgt dar:

Zunächst ist die bisherige Verkabelung mit Einzelfasern oder Faserpaaren für Übertragungsraten ab 40 Gbit/s aus den genannten Gründen nicht mehr geeignet. Die Verkabelung für 40 und 100 GBit/s mit MPO lässt sich nicht ohne Weiteres für niedrigere Datenraten verwenden, da immer zwölf oder sogar 24 Fasern gleichzeitig gesteckt, aber nur zwei Fasern je Übertragungskanal benötigt werden. Für die hohen Datenraten kommen zudem mehrere Fasern parallel zum Einsatz. Einzelfaserverkabelungen mit angespleißten Pigtails oder vor Ort konfektionierten Steckverbindern sind dazu nicht geeignet. Die sehr niedrigen Einfügedämpfungen von 1,9 beziehungsweise 1,5dB stellen außerdem eine weitere Herausforderung dar, die nur mit einem Minimum an Steckverbindungen und hochwertigen und sehr sorgfältig konfektionierten Steckern zu bewerkstelligen ist.

Um höchste Ansprüche im Bezug auf Qualität und Verfügbarkeit zu erfüllen und dennoch die Flexibilität zu haben, alle bisher eingesetzten Datenraten zu übertragen und bei Bedarf innerhalb kürzester Zeit an höhere Kapazitäten oder ganz neue Anforderungen angepasst werden zu können, bedarf es werkskonfektionierter und -geprüfter Komplettübertragungsstrecken, die nur noch verlegt oder eingezogen werden müssen. Der geprüfte Datacenter-Link besteht aus einem hochwertigen Kabel, das beidseitig zugfest mit je einem Gehäuse verbunden ist. Die Stecker sind bereits an die Fasern konfektioniert und betriebsfertig in die Kupplungen eingesteckt. Die Größe des Gehäuses ist sinnvollerweise so gering, dass sich der Komplett-Link zusammen mit dem Gehäuse einziehen lässt (Bild 5).

Lösung A: echte Anwendungsneutralität

Mit werkskonfektionierten Übertragungsstrecken, von denen zum Beispiel drei mit jeweils acht MPO-Kupplungen bestückt, in eine Höheneinheit passen (Bild 6), sind abhängig von der Anzahl der Fasern im MPO bis zu 24 × 40 GBE- oder 100 GBE-Systeme möglich. Patchungen erfolgen per MPO-Patchcord. Die Rückwärtskompatibilität ist gewährleistet, und zwar ohne den Zwang, die Festverkabelung einschließlich der Patch-Felder modifizieren zu müssen.

Auch Übertragungssysteme mit Datenraten von 10 GBE- oder weniger (Zwei-Faser-Systeme) können also über diese Verkabelung laufen. Zum Patchen verwendet man dazu lediglich andere Patchcords, nämlich mit einem MPO-Steckverbinder auf der einen und sechs oder zwölf LC-Duplex-Steckverbindern auf der anderen Seite – so genannte Fanouts (Bild 7).

Mit dieser Lösung stehen bis 144 (bei MPO mit 24 Fasern sogar bis 288) 100MbE?, GbE- oder 10 GBE-Übertragungsstrecken auf einer Höheneinheit zur Verfügung, somit ist die Anwendungsneutralität in vollem Umfang gewährleistet (Bild 8).

Die Vorteile der Lösung sind klar erkennbar: Die Festverkabelung ist anwendungsneutral, also für alle bisher gebräuchlichen Applikationen geeignet, was höchste Zukunftssicherheit bedeutet. Während des Betriebs fällt kein Umbauaufwand an. Sonder-MPO-Patchcords (Male- statt Female-Patchcords) sind nicht nötig, ein Vorhalten unterschiedlicher Patchcords entfällt. Folglich besteht keine Verwechslungsgefahr, es gibt weniger Fehler und mehr Sicherheit. Der Zeitaufwand beim Wechsel der Übertragungstechnik auf andere Übertragungsgeschwindigkeiten ist gering und der Personaleinsatz für die Verkabelung ebenfalls, was wiederum mehr Sicherheit und Kosteneinsparungen bewirkt.

Lösung B auf Basis von Duplex-Verbindungstechnik

Mit werkskonfektionierten Übertragungsstrecken sind auch Einzelfaserverkabelungen für maximal 10 GBit/s realisierbar. Dabei haben bis zu 36 LC-Duplex-Verbindungen (= 36 Kanäle) auf einer Höheneinheit Platz (Bild 9). Die Umrüstung auf höhere Datenraten (40/100 GBE) kann dann schrittweise erfolgen. Die verlegten Links lassen sich sehr schnell und mit wenig Aufwand mittels eines Entriegelungswerkzeugs lösen und mit dem Kabel herausziehen. Der neue Datacenter-Link mit acht MPO-Steckverbindungen wird dann nur eingezogen und eingerastet. Auf diese Weise ist die Verkabelung sukzessive und mit geringstem Aufwand auf die oben bereits beschriebene Ausführung aufrüstbar.

Die Vorteile der Lösung sind ebenfalls deutlich erkennbar: Zunächst sind Übertragungsstrecken bis 10 GBit/s wie gewohnt über Duplex-Patchcords zu managen. Die Verkabelung für höhere Datenraten mit MPO-Verbindungstechnik erfolgt erst bei Bedarf, die Kosten sind zunächst geringer. Fehler durch Vorortkonfektionierung kommen nicht vor. Der Link ist schon vor dem Einbau geprüft, was zusätzliche Sicherheit schafft. Im Fall des Austauschs der Systeme wird immer auch das nicht mehr genutzte Kabel aus den Trassen entfernt, das sorgt für Platz und Übersichtlichkeit. Nach der Umrüstung haben nicht nur drei oder sechs, sondern 24 40/100 GBE-Systeme in einer Höheneinheit Platz. Außerdem sind auch in diesem Fall keine Sonder-MPO-Patchcords (Male statt Female) nötig.

Ausblick

Die Datenraten steigen unaufhaltsam, die Grenzen des Machbaren scheinen immer wieder in greifbare Nähe zu rücken, doch stets 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 (Bild 10). In der Tat denken die Experten bereits heute über 400 GBit/s und 1.000 GBit/s nach. Die künftigen Projekte des IEEE 802.3-HSE-Subkomittees werden sich neben der Erhöhung der Kapazitäten im Kupferbereich – etwa 40 GBase-T über die vorhandene Kat-7A-Verkabelung (30m bis 100 m) – auch mit 400 GB- und Terabit-Ethernet beschäftigen. Vorrangiges Ziel ist zunächst die Erhöhung der Datenraten auf den einzelnen „Lanes“, also von 10 × 10 GBit/s (100 GBase-SR10) auf 4 × 25 GBit/s (100 GBase-SR4). Dies bedeutet, dass eine Zwölf-Faserverkabelung dann für 100 GBE ausreicht und nicht wie bisher eine 24-Faser-Verkabelung nötig ist. Der Trend ist klar: Es ist davon auszugehen, dass auch für künftige noch höhere Datenraten die Verkabelung mit dem Zwölf-Faserstecker MPO genau die richtige ist.

Fazit

Um die geforderten hohen Ansprüche in puncto Qualität und Verfügbarkeit zu erfüllen und dennoch über die die Flexibilität zu verfügen, alle bisher eingesetzten Datenraten übertragen zu können, zudem in der Lage zu sein, bei Bedarf innerhalb kürzester Zeit auf höhere Kapazitäten oder ganz neue Anforderung zu reagieren, bedarf es werkskonfektionierter und -geprüfter Komplettübertragungsstrecken, die nur noch verlegt oder eingezogen werden müssen. Im zukunftssicheren Rechenzentrum werden in den kommenden Jahren Datenraten bis 100 GBit/s und mehr anzutreffen sein. Mit werkskonfektionierten und -geprüften Datacenter-Links in Zwölf-Faser-MPO-Technik, also 3 × 8 MPO im 1HE-Patchfeld, haben 24 40 GbE?, zwölf 100 GBE- oder 144 Systeme bis 10 GBE auf einer Höheneinheit Platz. Damit ist eine sehr hohe, aber dennoch gut handhabbare Packungsdichte erreicht. Die Empfehlung lautet: Beim Neubau eines Rechenzentrums ist eine Verkabelung mit Zwölf-Faser-MPO-Verbindungsstechnik aufzubauen, um für zukünftige Übertragungen gerüstet zu sein.

Bild 9. Aufnahmerahmen mit drei DC-Link-Modulen mit je zwölf LC-Duplex-Kupplungen.

Bild 8. Anwendungsneutralität für 10/100 MBit/s, 1/10/40 und 100 GBit/s mit Zwölf-Faser-MPO-Verkabelung (schematische Darstellung).

Bild 7. Fanout als alternatives Patchcord.

Bild 6. Datacenter-Link-Aufnahmerahmen und drei DClink-Module 40/100GbE mit je acht MPO-Verbindungen.

Bild 5. Komplettübertragungsstrecke vor dem Einziehen beziehungsweise Verlegen.

Bild 4. Single Port für 100GBase-SR10.

Bild 3. Vertically Stacked Ports Port für 100GBase-SR10.

Bild 1. MPO-Steckverbinder für 40GBase-SR4.

Bild 2. Side-by-Side Port für 100GBase-SR10.

Bild 10. Bandbreitenwachstum und Anwendungen. Quelle: IEEE 802.org/Force10Networks

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