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Detaillierterer Überblick: 40G-Ethernet

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Sheldon

Übersetzer*in Felix
Veröffentlicht 13. Dezember 2019
2020-10-26 22:03:47
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„Je höher die Bandbreite, desto besser“ war schon immer der Wunsch von Unternehmen und Einzelpersonen. Als das 10-Gigabit-Ethernet-Netz die Netzwerkanwendungen nicht mehr befriedigen konnte, kamen 40G-Ethernet und 100G-Ethernet fast zeitgleich auf den Markt. Da der 100G-Markt jedoch noch recht unausgereift und mit Unsicherheiten behaftet ist, wurde 40G-Ethernet in den meisten Unternehmensnetzen als Aufrüstungslösung für ihre alten 10G-Netze bevorzugt. In diesem Beitrag werden wir einen genaueren Blick auf das 40GbE-Netz werfen, um seine Entwicklung und seine fruchtbaren Ergebnisse zu beleuchten.

Übersicht: 40G-Ethernet

Im Jahr 2007 wurde das 40G-Ethernet (40GbE) erstmals von der IEEE 802.3ba Task Force als ein Projekt für Hochgeschwindigkeits-Ethernet vorgeschlagen. Später im Jahr 2010 wurde 40G-Ethernet offiziell als IEEE 802.3ba-Standard genehmigt. Der Standard ermöglicht die Übertragung von Ethernet-Frames mit einer Rate von 40 Gbit/s. Gleichzeitig befasst er sich mit den Spezifikationen der physikalischen Ebene für die Kommunikation über Backplanes, Kupferverkabelung, Multimode-Glasfaser und Singlemode-Glasfaser. Mit der Entwicklung von 40G-Ethernet wurden viele neue Standards durchgeführt, um den 802.3ba-Standard zu ergänzen, wie z.B. die Standards 802.3bg-2011, 802.3bj-2014 und 802.3bm-2015. In der folgenden Tabelle sind die Spezifikationsdetails der wichtigsten verfügbaren 40GbE-bezogenen IEEE-Standards aufgeführt.

IEEE-Standard Datum Beschreibung
802.3ba 2010-06 40Gbit/s über 1m Backplane, 100m über MMF 100m von MMF oder 10km über SMF
802.3bg 2011-03 Bereitstellung eines 40Gbit/s-PMDs, das optisch mit den vorhandenen SMF 40Gbit/s-Client-Schnittstellen des Trägers kompatibel ist (OTU3/STM-256/OC-768/40G POS)
802.3bm 2015-02 40G-Ethernet für Glasfaser
802.3bq 2016-06 40GBASE-T für 4-paarige symmetrische Twisted-Pair-Verkabelung mit 2 Steckern über 30 m Entfernung

40G-Ethernet-basierte Anwendungen

Bei der Anwendung des 40-Gigabit-Ethernet in der Netzwerkschicht handelt es sich in der Regel um ein Paar QSFP+-Transceiver, die über ein Kabel, wie z.B. OM4- oder OM3-Faserkabel, verbunden sind. Die 40-GbE-Transceiver wiederum werden entweder an Netzwerkserver oder an eine Vielzahl von Komponenten wie 40-Gb-Switches angeschlossen. Unter allen 40G-Anwendungen werden 40GbE-Kabel, 40GbE-Transceiver und 40GbE-Switches als die drei führenden 40G-Ethernet-basierten Netzwerkapplikationen angesehen.

40G-Patchkabel

Derzeit bestehen 40G-Patchkabel aus 40G-Ethernet-Netzwerk-Patchkabeln und QSFP+-Glasfaserkabeln. Wenn es um ein 40GbE-Kupfernetzwerk geht, wird es von vielen Unternehmensanwendern wegen seiner höheren Kosten und geringeren Skalierbarkeit als ein 10GbE-Kupfernetzwerk oft abgelehnt. Für die Unterstützung des 40GBASE-T-Netzwerks können nur Cat8-Kupferkabel verwendet werden. Was ein optisches 40G-Netzwerk anbelangt, so ist die Auswahl für das 40G-Patchkabel vielfältig. Es gibt 40G-Glasfaser-Breakoutkabel (wie MTP-LC-Kabelbäume), Stammkabel (wie MPO-Stammkabel) und Glasfaser-Patchkabel (OM3/OM4/SMF). In den meisten Fällen werden diese Kabel von Unternehmensnutzern gemischt verwendet, um eine 40G-zu-40G-Übertragung oder sogar eine 10G-zu-40G-Migration zu ermöglichen.

Optische 40G-Transceiver

Neben den 40GbE-bezogenen Standards von IEEE und MSA (Multi-source Agreement) gibt es zwei wichtige 40GbE-Modultypen auf dem Markt: QSFP+ (Quad Small Form-Factor Pluggable Plus) Module und CFP (C Form-Factor Pluggable) Module. Der QSFP+-Transceiver ist in der Lage, vier Sende- und vier Empfangsspuren bereitzustellen, um 40G-Ethernet-Anwendungen für Multimode-Faser und Monomode-Faser zu unterstützen. Obwohl das CFP-Modul größer als ein QSFP+-Transceiver ist, wird es häufig in einem 100G-Ethernet-Netzwerk verwendet, unterstützt aber auch 40GbE. Beide Modultypen werden mit vielen verschiedenen Schnittstellentypen geliefert. Mit der Entwicklung des Netzwerks sind immer wieder 40G-Module mit neuen Schnittstellen und Standards aufgetaucht. Hier listen wir zu Ihrer Information ihre Hauptschnittstellentypen auf. Mehr Einzelheiten über die QSFP+- und CFP-Module und ihre Schnittstellentypen finden Sie unter: Was ist ein QSFP+-Modul.

Schnittstelle Standard Anschluss Transceiver-Modul Wellenlänge Max. Entfernung
40GBASE-CR4 (DAC) 802.3ba QSFP+ QSFP+ N/A 10 m (Twisted-Pair-Kupferkabel)
40GBASE-SR4 MTP/MPO CFP/QSFP+ 850 nm 300 m (OM3) 400 m (OM4)
40GBASE-eSR4 proprietär (nicht IEEE) QSFP+
40GBASE-SR-BiDi LC 832-918 nm 100 m (OM3) 150 m (OM4)
40GBASE-LR4 802.3ba CFP/QSFP+ 1310 nm 10 km (SMF)
40GBASE-ER4 802.3bm QSFP+ 40 km (SMF)
40GBASE-LX4/LM4 proprietär (nicht IEEE) 150 m (OM3/OM4) 2 km (SMF)
40GBASE-PLR4 MTP/MPO 10 km (SMF)

Traditionell wird die Lösung, 40G-Transceiver und 40G-Patchkabel zu kombinieren, um eine 40G-Übertragung zu erreichen, wegen ihrer Flexibilität häufig verwendet. Unter dem Trend zu höheren Netzwerkgeschwindigkeiten zeigt sich jedoch eine Präferenz für 40G-DAC (Direct Attach Cable) und 40G-AOC (Active Optical Cable), die entweder an einem oder an beiden Enden mit QSFP+-Transceivern vorkonfektioniert sind. Insbesondere für diese Anwender von Rechenzentren nehmen Übertragungen über kurze Entfernungen den größten Teil der Netzwerkkonnektivität im Rechenzentrum ein. 40G DAC und 40G AOC sind stabil und kostengünstig und können auch eine 40G- oder 4x10G-Übertragung mit geringem Stromverbrauch und einfacher Wartung realisieren.

40G-Ethernet-Switches

Obwohl das 10G-Netz noch lange Zeit eine dominierende Rolle auf dem Ethernet-Markt spielen wird, ist die Migration zu einem 40G- oder sogar noch schnelleren Ethernet-Netz für Unternehmensanwender bestimmt, um gegenüber anderen wettbewerbsfähig zu bleiben. Angesichts der Tatsache, dass die meisten Benutzer immer noch ein 1G- oder 10G-Netz betreiben, wird ein Switch, der mit mehreren Geschwindigkeiten umgehen kann, bevorzugt. Daher bieten die meisten Switch-Hersteller Multi-Geschwindigkeits-Switches an, die 10/25/40/100GbE-Geschwindigkeiten bewältigen können, um die aktuellen und zukünftigen Anforderungen der Benutzer gleichzeitig zu erfüllen. Auf diese Weise wird ein 40G-Ethernet-Switch normalerweise mit einer Reihe von SFP+-, SFP28-, QSFP+- und QSFP28-Hybrid-Ports geliefert. Sie werden häufig in Rechenzentrumsanwendungen als Core- oder Spine/Aggregation-Layer-Switches verwendet.

Fazit

Auch wenn 40G-Ethernet im Aufwärtstrend ist, wird der Weg zur nächsten Generation von Ethernet-Netzwerken (25G/40G/100G) noch immer heiß diskutiert. Egal welche Lösung sich durchsetzt, sie wird der Verbesserung von Netzwerken dienen.