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MTP/MPO-Verkabelung für 400G-Netzwerke: Ein Leitfaden

Worton

Übersetzer*in Felix
18. März 2020

Als 400G Ende 2018 und Anfang 2019 auf den Markt kam, erwarteten viele, dass 400G im Jahr 2020 endgültig eingeführt werden würde. In der Tat sagt der Marktanalyst für Rechenzentren, Dell'Oro, voraus, dass die Lieferungen von 400G-Switch-Ports bis 2023 15 Millionen erreichen werden. Um mit diesem Trend Schritt zu halten, haben sich viele Anbieter verpflichtet, verschiedene 400G-Transceiver und MTP/MPO-Verkabelungslösungen anzubieten, um dem 400G-Hochleistungsnetzwerk gerecht zu werden. Dieser Artikel stellt die 400G-MTP/MPO-Verkabelung vor und stellt einige der Anwendungsszenarien vor.

Ein Blick auf 400G-Optiken und MTP-Kabel

Im Zuge des Aufkommens von 400GbE entwickeln sich optische 400G-Transceiver mit mehreren Typen wie 400G-SR8, 400G-DR4, 400G-FR4, 400G-FR8, 400G-LR8 und 400G-SR16 usw. Unter ihnen sind 400G-SR8-, 400G-DR4- und 400G-FR4-Transceiver sowohl im QSFP-DD- als auch im OSFP-Formfaktor weit verbreitet und werden bereits von Anbietern optischer Transceiver auf dem Markt verkauft.

Die von der IEEE P802.3cm Task Force genormten 400G-SR8 QSFP-DD/OSFP-Transceiver sind so konzipiert, dass sie durch den Einsatz von 16-faserigen parallelen Multimode-MTP-Kabeln eine kostengünstige Kurzstreckenübertragung ermöglichen. In Übereinstimmung mit dem Protokoll IEEE 802.3bs Task Force verwenden 400G-DR4 QSFP-DD/OSFP-Transceiver 8-Faser- oder 12-Faser-Parallel-Single-Mode-MTP-Kabel, die eine Reichweite von 500m erreichen können. Im Gegensatz zu den beiden vorherigen verwendet die 400G-FR4-Schnittstelle nur 4 statt 8 Laser, um sie in jeder Richtung in eine Faser zu multiplexen. 400G-FR4 QSFP-DD/OSFP-Module werden durch die 100GLambda MSA normalisiert, um eine Übertragung über große Entfernungen mit 2-Faser-Single-Mode-LC-Kabeln zu ermöglichen.

Folglich wird MTP-Verkabelung hauptsächlich zusammen mit optischen 400G-DR4- und 400G-SR8-Transceivern in 400G-Netzen verwendet, die sich weiter in 8-Faser-, 12-Faser-, 16-Faser-SMF- und MMF-MTP-Kabel Typen unterteilen lassen.

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Abbildung 1: SR8-vs-DR4-vs-DR8

MTP-Verkabelungslösung für typische 400G-Netzwerk-Anwendungsszenarien

In 400G-Rechenzentren gibt es hauptsächlich vier Verkabelungsszenarien: 400G-400G, 400G-4x100G, 400G-2x200G und 400G-5x80G. Durch die Kombination der oben genannten 400G-Module mit angepassten Patchkabeln wird eine einwandfreie direkte Verbindung oder Zusammenschaltung realisiert. In diesem Abschnitt wird auf die MTP-Verkabelungslösungen für die Direktverbindung für die vier Szenarien eingegangen.

400G-400G-Direktverbindung

400G-DR4 OSFP/QSFP-DD zu 400G-DR4 OSFP/QSFP-DD

Der Begriff "DR4"-"DR" steht für 500m Reichweite mit Monomode-Faser und "4" bedeutet, dass es 4 x 100Gbps optische Kanäle gibt. Da ein optischer Kanal zwei Fasern erfordert, kann für das 400G-DR4-Modul ein 8-Faser- oder ein 12-Faser-MTP-Kabel verwendet werden, um eine direkte Verbindung zu erreichen. Bei der 8-Faser-MTP-Verkabelung beträgt die Faserausnutzung 100%, während bei der 12-Faser-MTP-Verkabelung vier Fasern ungenutzt bleiben. Am Beispiel des 400G-QSFP-DD-Moduls zeigt das folgende Bild die MTP-Verkabelung für eine 400G-DR4-Direktverbindung.

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Abbildung 2: 400G-400G-Direktverbindung / Szenario 1

400G-SR8 OSFP/QSFP-DD zu 400G-SR8 OSFP/QSFP-DD

Der Begriff "SR8"-"SR" steht für 100m Reichweite bei Verwendung von Multimode-Fasern, und "8" bedeutet, dass es 8 optische Kanäle gibt, von denen jeder mit 50Gbps arbeitet. Normalerweise werden bei 400G-SR8-Modulen 16-Faser-MTP-Kabel mit 100% Faserausnutzung für die direkte Verbindung verwendet. Es wird erwartet, dass diese 400G-SR8-Glasfaser-Transceiver hauptsächlich von bestimmten Anbietern von Cloud-Diensten in Nordamerika und China eingesetzt werden.

400G-400G Direct Connection Scenario 2.jpg

Abbildung 3: 400G-400G-Direktverbindung / Szenario 2

400G-2x200G-Direktverbindung

400G-SR8 OFSP/QSFP-DD zu 2x200G-SR4 QSFP

Im Backbone-Netz und in einigen komplexeren Großstadtnetzen wird die Dual-Carrier-Technologie (2x200G) zur Komprimierung des Kanalabstands im Vergleich zu der 400G-Technologie mit nur einem Carrier eingesetzt. Durch die Verlängerung der Übertragungsdistanz und die Verbesserung der spektralen Effizienz kann eine 400G-2x200G-Direktverbindung dazu beitragen, 400G-Backbone-Netze mit minimalen Bandbreitenressourcen einzurichten.

In diesem Fall sind MTP-Konvertierungskabel erforderlich, die an beiden Enden mit MTP-Steckverbindern abgeschlossen sind. Mit diesem Kabeltyp können ein 400G OFSP/QSFP-DD-Modul und zwei 200G QSFP56-Module direkt angeschlossen werden.

400G-2x200G Direct Connection Scenario.jpg

Abbildung 4: 400G-2x200G-Direktverbindung

400G-4x100G-Direktverbindung

400G-DR4 OSFP/QSFP-DD zu 4x100G-DR QSFP

Die Architektur von 400G-4x100G verwendet 4 Wellenlängen bei 100Gbps. Die aktuelle 100G-Technologie basiert jedoch auf einem 4x25G-Design und kann nicht auf 400G skaliert werden. Die PAM4-Technologie wird eingesetzt, um 100Gbps pro Kanal zu erreichen und dann durch 4x100G-Aggregation eine Gesamtgeschwindigkeit von 400Gbps zu erreichen. Die MTP-Kabel ermöglichen die Aufteilung der 400G-Bandbreite in mehrere 100G- oder 40G-Datenströme.

Im Szenario der Migration von 400G auf 4x100G können die folgenden Komponenten nicht ignoriert werden: Zur Realisierung der Übertragung von MTP zu LC wird eine 8-Faser-MTP-LC-Kassette eingesetzt, die im Glasfaser-Rackmontagegehäuse untergebracht ist. Ein 8-Faser-MTP/MPO-Trunkkabel und vier LC-Duplex-Patchkabel werden an beiden Enden angeschlossen.

400G-4x100G Direct Connection Scenario.jpg

Abbildung 5: 400G-4x100G-Direktverbindung

400G-8x50G-Direktverbindung

400G-SR8 OFSP/QSFP-DD zu 8x50G-SR SFP

Die rasche Entwicklung von 400G hat den weniger populären 50G-Markt bis zu einem gewissen Grad gefördert, da 50GbE auch die skalierbare Technologie für das kommende 400G-Netz (8x50G) bietet. Acht 50G-Lanes können die optische Verbindung der 40Gbps-Aggregation über PAN-Modulation unterstützen.

In diesem Szenariobeispiel befindet sich die MTP-Kassette in der Mitte, um das 16-Faser-MTP-Umwandlungskabel und die LC-Duplex-Patchkabel miteinander zu verbinden und die 400G-8x50G-Direktverbindung zu realisieren.

400G-8x50G Direct Connection Scenario.jpg

Abbildung 6: 400G-8x50G-Direktverbindung

Skalierung auf MTP-Verkabelungssystem für 400G Networks

400G wird zunehmend allgegenwärtig in vielen Hochleistungs- und High-Density-Netzwerkumgebungen. Mit der Popularisierung von 400G-Netzwerken hat sich die MTP-Verkabelung in Rechenzentren als vorherrschende Verkabelungslösung durchgesetzt. FS ist der Entwicklung immer einen Schritt voraus und hat eine breite Palette relevanter 400G-MTP-Produkte auf den Markt gebracht, um eine reibungslose 400GbE-Verbindung oder die Migration von 400G-4x100G, 400G-2x200G und 400G-5x80G zu realisieren.

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