10 Gigabit Ethernet Netzwerke
10 Gigabit Ethernet ist standardisiert und gereift. 10-Gigabit-Ethernet ist
aus lokalen Netzen nicht mehr wegzudenken. Der Standard IEEE 802.3ae
erschließt Datenraten von 10 GBit/s und damit auch völlig neue Anwendungsfelder,
wie WAN-Verbindungen oder GIS-Datentransfer. Neue Chips sorgen für ein
attraktives Preis/Leistungsverhältnis. Und das Bild der Switches, wie wir es
heute noch kennen, wird sich durch die neuen Netzwerk-Prozessoren, die für
eine 10 Gb/s schnelle Inline-Hochverschlüsselung sorgen, in den nächsten
Produktzyklen dramatisch ändern.
- eine 10 Gigabit-Netzwerkkarte kostet unter 300 EUR
- ein Switchport am 8 Port 10Gigabit Switch kostet weniger als 80 EUR
Das Thema 10 Gigabit Ethernet beschäftigt uns nun schon seit mehr als 10 Jahren.
Alle Voraussetzungen für den Einsatz der Technologie sind längst geklärt.
Der Standard ist seit Jahren stabil.
Die Hersteller haben Prozessoren vom Transceiver bis hin zu 10 Gigabit
Netzwerk-Prozessoren vorgestellt, die innerhalb des momentanen Produkt-Zyklus zu
Preiseinbrüchen für die Komponenten führen, so dass jeder ernsthafte Interessent die
10GbE Technik einsetzen kann. Zudem sind neben dem Switching Bereich auch Storage-Systeme
für 10Gigabit verfügbar. Da diese leichter handhabbar sind als FC-Geräte, kommen
diese immer öfter zum Einsatz.
10 Gigabit Ethernet ServerAdapter und Netzwerkkarten
INTEL
X550-T1
10GBASE-T RJ-45 Kupfer Server Adapter Single Port, PCIe3.0 el VT-c iSCSI FCoE
x8 x16 low profile full height
ca. 290,00 EUR+MwSt
INTEL X550-T2
10GBase-T RJ-45 Kupfer Server Adapter 2Port, PCIe 2.1 x8 x16
ca. 360,00 EUR+MwSt
Mellanox ConnectX-3 EN NIC,
10 Gigabit Ethernet Netzwerkadapter, Single-Port SFP+, PCI3.0 (MCX311A-XCAT)
PCIe3.0 x8 8GT/s
ca. 195,00 EUR+MwSt
10 Gigabit Ethernet Router und Switches
D-LINK DXS-1210-16TC 16 Port Switch mit 12x10GBase-T
Ports, 2xSFP+ & 2xSFP+/Combo
ca. 1300 EUR
HP 2920-48G-POE+ Switch ist mit 48 10/100/1000-Ports. HP J9731A 2-Port 10GbE SFP+
Module. HP ProCurve Switch HP 2920-48G-POE+ mit HP J9731A
2-Port 10GbE SFP+ Modul
ca. 2000,00 EUR.
Das HP J9538A 8-port 10GbE SFP+ v2 zl Module für 5400 zl Switches. ca. 1250 EUR.
Das entspricht gerade noch 157 EUR pro 10Gbit-Switch-Port.
Die Arista 7100er
Serie ist eine Produktfamilie von hochleistungsfähigen 10 Gigabit Ethernet Rechenzentrumsswitchen mit Layer 2/3/4 und einer
außergewöhnlich niedrigen Latenzzeit. Dabei haben die Arista 7100 Ethernet-Switches haben die höchste Portdichte bei 10-Gigabit-Ethernet
Switchinglösungen und das erste modular erweiterbare Netzwerk-Betriebssystem.
Der Mellanox SX1016-X2: ist ein SwitchX-2 basierter 64-port SFP+
10Gb Ethernt Switch , mit einer Höheneinheit 1U. mit einer Latenzzeit von 250ns,
1.28Tb/s Non-Blocking Durchsatz und nur 1.8W/Port Verbrauch
Cisco
hat mehrere 10-Gigabit-Ethernet-Module für Switches der Cisco Catalyst-Series 6500
(6506 / 6509 / 6513) Cisco Catalyst-Series 4500 und Cisco Catalyst-Series
3750 entwickelt, die hohe Bandbreiten und mehr Netzwerkleistung
für die Catalyst-Switches bereitstellen. Die Cisco
10GBASE X2 Module bieten ein breites Spektrum von 10 Gigabit Ethernet
Verbindungsmöglichkeiten für Datenzentrum, Verteilerschrank und
Serviceproviderverkehr.
Cisco WS-X4606-X2-E= Line Card - Erweiterungsmodul 6-Port 10GbE (X2)
für Catalyst 4500 E-Series
Cisco
X2-10GB-CX4
Das Cisco 10GBASE - CX4 Modul unterstützt Linklängen von bis zu 15m (25m) auf CX4 Kabel.
(145 EUR)
Cisco X2-10GB-LR
Das Cisco 10GBASE-LR Modul unterstützt Linklängen von 220m auf
Standard Fiber Distributed Data Interface (FDDI) fähiger Multimode-Faser
(MMF). (333 EUR)
Cisco X2-10GB-LX4
Das Cisco 10GBASE-LX4 Modul unterstützt Linklängen von 300m auf
Standard FDDI MMF Kabeln. Um sicherzustellen, dass die Spezifikationen
erfüllt sind, sollte der Sender Ausgang durch einen Moduen-Anpassungs-Patchkabel gekoppelt werden .
Cisco X2-10GB-SR
Das Cisco 10GBASE SR Modul unterstützt eine Linklänge von 26m auf
Standard FDDI MMF Kabeln. Unter Verwendung von 2000 MHz*km MMF (OM3)
Kabeln, sind bis zu 300m Link Längen möglich.
Cisco X2-10GB-LR
Das Cisco 10GBase-LR Modul unterstützt eine Linklänge von 10
Kilometern auf Standard Single-Mode-Fasern (SMF, G.652).
Cisco X2-10GB-ER
Das Cisco 10GBASE-ER Modul unterstützt eine Linklänge von bis zu 40
km auf Standard Single-Mode-Fasern (SMF, G.652).
Bitte fragen Sie uns nach den aktuellen Cisco Tagespreisen für
Cisco-10GBe-Switches.
Der 10 GbE-Standard 802.3ae / 802.3an
Es gibt folgende Standards für die PHY (physische Schnittstelle):
- 10GBASE-X mit 8B/10B PCS Codierung
- 10GBASE-R mit 64B/66B PCS Codierung (LAN-PHY)
- 10GBASE-W mit 64B/66B Codierung und der WAN-Interface Sublayer(WAN-PHY)
- 10GBASE-T mit 64B/66B PCS Codierung (Kupfer-PHY)
Es gibt ursprünglich neun genormte PMDs (Physical Medium Dependent):
LAN-PHY
- 10GBASE-SR 850nm serielle LAN-PHY; direkt modulierter VGSEL;82 m Multimode;
10km Singlemode
- 10GBASE-LR 1310 nm serielle LAN-PHY; direkt modulierter DFB-Laser; 10 km Singlemode
- 10GBASE-ER 1550nm serielle LAN PHY; extern modulierter DFB-Laser; 40 km Singlemode
- 10GBASE-LX4 1310 nm vierkanalige WWDM WAN PHY; direkt modulierte VGSEL;
300m Multi; 10 km Singlemode
WAN-PHY
-
10GBASE-SW 850 nm serielle WAN-PHY; direkt modulierter VGSEL; 300 m Multimode
- 10GBASE-LW 1310 nm serielle WAN-PHY; direkt modulierter DFB-Laser;10 km Singlemode
- 10GBASE-EW 1550 nm serielle WAN-PHY; extern modulierter DFB-Laser; 40 km Singlemode
Kupfer-PHY
- 10GBASE-CX4 Kupfer Hochgeschwindigkeitsverbindung über ein achtpaariges Twinax-Kabel mit 150 Ohm bis zu 15 Metern
- 10GBASE-T Kupfer Hochgeschwindigkeitsverbindung über ein vierpaariges CAT6a
oder Cat7 Twisted Pair Kabel bis zu 100 Metern (Cat5e oder Cat6
Kabel: 55 Meter)
10 Gigabit Transceiver
Mit relativ großen XENPAK-Einschüben wurden erste physikalische Grundbedingungen für die Abmessungen von Transceivern
festgelegt. Dies ist jedoch schon wieder Makulatur, weil die meisten Hersteller
die angegebenen Maße durch die SFP+ Technologie mit LC-Steckern weit unterschreiten und somit 64 Ports 10Gigabit/s auf einer
Höheneinheit möglich sind.
Die
Hersteller haben eine ganze Serie von gängigen SFP+ Transceivern:
-
SX - 850nm, 500 m Reichweite bei 50/125 OM4 Glasfaser
-
SRL -
850 nm, 100 m Reichweite bei 50/125 OM4 Glasfaser
- LRM - 850 nm, 220 m Reichweite bei 50/125
OM4 Glasfaser
- SR - 850 nm, 300 m Reichweite bei
50/125er OM4 Glasfaser
- LX - 1310 nm, 10 km Reichweite bei 9/125er
OS2 Glasfaser
- ER - 1310 nm, 40 km Reichweite bei 9/125er
OS2 Glasfaser
- ZX - 1550 nm, 80 km Reichweite bei 9/125er
OS2 Glasfaser
- T - Kupfer Reichweite bis 100m bei RJ45 Cat6A
- CX4 - Kupfer RJ45 Cat6A Reichweite bis 15 m
10GbE über Multimodefaser
Seit es
lokale Netze gibt, gibt es auch das Problem des mangelhaften Verständnisses der
Nachrichtentechnik und der wirklichen physikalischen Möglichkeiten von
Übertragungsmedien. Jahrzehntelang wurden Leistungssteigerungen in der
Übertragungstechnik mit unzureichende Aufrüstungen bei den
Übertragungsmedien erkauft. Man benutzt als Modulationsverfahren für Licht
einfaches Lichtmorsen ohne spektrale Effizienz und verlegt dafür sündhaftteure Glasfaserkabel. Mit 10 Gigabit Ethernet
legen Unternehmen für vergleichsweise kurze Strecken Kabel mit Monomode-Fasern, mit denen man die Signale auch
tausende Kilometer weit übertragen könnte. Zur Übertragung via Glasfaser verwendet 10-Gigabit-Ethernet die drei üblichen
"optischen Fenster" bei 850, 1310 und 1550 Nanometer. Es ist jedoch bekannt, dass diese PMD-Varianten (Physical Medium Dependent) teilweise
wesentlich größere
Leistung zulassen würden, als angegeben, was sich in der Überwindung größerer Entfernungen
niederschlagen könnte. So ließe sich auch eine Entfernung von 700 Metern auf
Multimodefasern zurücklegen. Die momentan hauptsächlich verkaufte, preiswerte Alternative 10GBASE-SX mit
850 nm kann auf OM4 Multimodefaser nur bis 500 Meter überwinden. Hinsichtlich Multimodefasern werden
deshalb hoffentlich noch Nachbesserungen der Hersteller kommen.
10-GBit-Ethernet über Kupfer 10GBase-CX4
10-GBit-Verbindung für Server-Cluster und Server-Aggregation
Das 10-GBit-Kupfer-Ethernet stellt eine kostengünstige Alternative zum
Glasfaserkabel dar. Die Spezifikation IEEE 802.3ak wurde als 10GBASE-CX4 implementiert und
arbeitet mit dualen Twinax-Kabeln und der IB4X-Steckverbinder. Der Standard ist dazu geeignet, Switches
beziehungsweise Server-Cluster, die nicht mehr als 15 Meter voneinander entfernt
sind, mit einer Datenrate von 10 Gigabit/s zu vernetzen. Die Kosten für Verbindungen im
Hochgeschwindigkeitsbereich wurden gegenüber Glasfaser erst einmal gesenkt.
Die IEEE-802.3-10GBASE-CXA4-Gruppe entwickelte diesen Standard für
10-GBit-Kupfer-Ethernet. Das 10-GBit-CX4-Ethernet stellt eine
kostengünstige Alternative zum Glasfaserkabel dar. Auf dem Standard IEEE
P802.3ak sind damit
günstige Hochgeschwindigkeitsverbindungen über Strecken von 15 bis 25 Metern, die
üblicherweise zwischen einzelnen Racks eingesetzt werden, betrieben. Mit dem HPE
X230 Local Connect CX4 Kabel sind so Rackverbindungen für unter 150 EUR möglich.
10-Gigabit-Netzwerk über herkömmliche Kupferkabel 10GBASE-T (802.3an)
Im Februar 2008 wurde TIA/EIA-568-B.2-10
verabschiedet. Der Standard
definiert Ethernet mit 10 Gigabit pro
Sekunde über Augmented Category 6-Kupferkabel (Cat-6A). Mit dem Standard
IEEE802.3an kann man über normale Kupferkabel und 10GBASE-T ein Netzwerk
mit einer Datenrate von 10 Gbit/s aufbauen. Mit diesen Bandbreiten verlässt
Ethernet zunehmend den Anwendungsbereich der lokalen Netze und dringt
immer mehr in den Bereich der Backbones sowie der Metropolitan- und
Wide-Area-Networks (MAN & WAN) vor. 10GBASE-T nutzt dazu alle vier
Adernpaare des Twisted-Pair-Kabels. Die 10 GBit/s werden auf die 4
Adernpaare aufgeteilt. Das ergibt 2,5 GBit/s je Adernpaar. Die Signale
werden mit einer 16-stufigen Pulsamplitudenmodulation (PAM16) auf das Medium
gegeben. Der THP wird ebenso wie die empfängerseitigen Blöcke zur
Unterdrückung des Übersprechens (FEXT-, NEXT-, ECHO-Cancellation) durch
Trainingssequenzen berechnet. Die dazu notwendigen Startup-Sequenzen
sind
eine grundsätzliche Neuerung von 10GBase-T. Die Trainingssequenzen
dienen auch dazu, das Auto-MDI/MDI-X und die benötigte Leistung in acht
Schritten zu 2dB am Sender einzustellen.
Aus der dafür benötigten Nyquistfrequenz von
417 MHz läst sich entnehmen, dass Kabel der Kategorie 5e (Cat.5e) oder Kategorie 6 (Cat. 6)
nur noch bis ca. 50m reichen. Es können deshalb nur noch Kabel
ab der
Kategorie 6 „augmented“ (Cat-6A) verwendet werden. Diese erreichen eine
Grenzfrequenz von 500 MHz, so dass ein Betrieb über 100 Meter möglich ist.
Kabel der Kategorie 7 mit einer Grenzfrequenz von 600 MHz sind ebenfalls
für 100 Meter passend, jedoch mit nicht zu RJ45 kompatiblen Steckverbindern
(Nexans GG45 und Siemon TERA). Für
Verkabelungen mit einer Lauflänge von weniger als 55 m kann jedoch bei
einigen Hersteller (z.B. Arista) ein
vorhandenes Cat5e oder Cat6 Kabel verwendet werden. Der 10-Gigabit-Ethernet-Standard ist kompatibel zu
einer Vielzahl anderer Standards, wie 802.1p (Multicast), 802.3q (VLAN),
802.3ad (Link Aggregation), Simple Network Management Protocol (SNMP),
Multi-Protocol Label Switching (MPLS) und Remote Monitoring for Ethernet
(RMON). Aus der Anlehnung an die bestehende Ethernet-Merkmale ergeben
sich wesentliche Vorteile gegenüber Konkurrenztechnologien. So lässt
sich durch die Beibehaltung von Format und Längen der IEEE-802.3-Frames
ein gegenüber WAN-Techniken deutlich beschleunigtes Switching erreichen,
da weder eine Anpassung der Frames (Segmentation & Reassembly) noch der
Adressen vorgenommen werden muss.
Als Transceiver gibt es z.B. den Broadcom BCM8481 10Gbase-T Ethernet
Transceiver für eine Reichweite von 100m über Cat 6A Kabel. Eingebaut
ist eine Indikator-LED, welche auf Kabel-Probleme hinweist.
10GbE Verkabelungstester
Aufgrund der PAM-16 Kodierung ist der
Signal-Rausch-Abstand bei 10GBase-T als kritische Größe einzustufen. Die
bei der hohen Nyquistfrequenz von 417 MHz auftretende Alien Crosstalk
Störung (AXT) , also ein Übersprechen aus benachbarten Kabeln, bewältigt
ein normgerechtes S/FTP System ohne weiteres, jedoch bei vorhandenen
Installationen die nicht abgeschirmt UTP und mit Kabelbindern
zusammengezurrt sind, kann es Probleme geben.
Maßgebliche Richtlinie zur Beurteilung vorhandener Verkabelungen ist der
technische Report zur Unterstützung von 10GbE für die bereits
installierte Basis ISO/IEC TR 24750. Messgeräte für 10GBase-T bieten mittlerweile diverse Hersteller
an. Wie z.B. der DTX Cable Analyzser von Fluke Networks, der Lantek 7G von Ideal
Industries oder der Wirescope Pro von Agilent Technologies.
Insgesamt erfordert 10GBASE-T höhere Bandbreite,
höheren Dynamikbereich in Feldmessungen und neue Installationsrichtlinien, um
Fremdnebensprechen zu überkommen. Bestehende Level III-Feldtester unterstützen
10GBASE-T nicht. Die neue 10GbE Leistungsspezifikation für Verkabelungssysteme
erfordert mehr als eine Zertifizierung der einzelnen Kabelstrecken. Für die 10
Gbit/s-Ethernet-Technologie muss das Nebensprechen zwischen Aderpaaren in
nebeneinander liegenden Links in Kabelbündeln nach den neuen Leistungsparametern
namens Alien Crosstalk (ANEXT und AFEXT) geprüft werden.
Inline-Security mit 10 Gigabit/s
Man hat
lange und oft darüber diskutiert, wo Sicherheitsfunktionen im Netz zu platzieren
sind. Es besteht jedoch ein starker Druck, Authentifizierung und
Verschlüsselung, auch auf den unteren Ebenen der Vernetzung zu implementieren.
Bislang war es aber immer so, dass dies an technischen Problemen gescheitert
ist, weil es nicht möglich war, die Operationen mit der geforderten
Geschwindigkeit durchzuführen oder weil dies zu teuer war. Neuerdings werden die
Sicherheits-Funktionen direkt in den Netzwerk-Prozessor integriert. Dadurch,
dass alles auf dem gleichen Chip ist, fördert man die enge Kooperation und
minimiert den benötigten Raum.
Die WatchGuard Firebox M5600
Firewall mit einem Firewall-Durchsatz von 60 GBps und bis zu 16 * 10-Gigabit SFP+-Ports
bietet modernste Firewall-Funktionalitäten. So erhalten Highend-Kunden
die Sicherheit und Zuverlässigkeit eines führenden Firewall-Systems mit Leistung und
Kapazität, im 10 GbE Bereich.
Enthalten sind Features wie Application Control für über 2000
Applikationen, Schutz gegen APTs und Botsnets, IPSec Site to Site, Traffic Shaping, Quality of Service (QoS)
und Bandbreitenkontrolle.
Uplink
mit 40 GbE und 100 GbE
Während manche sich vielleicht noch fragen,
wer 10Gigabit-System überhaupt benötigt, erweist sich das 10-GBit/s-Ethernet als
florierender und schnell wachsender Markt. Was noch mehr
überrascht, ist die Tatsache, dass in Unternehmen ein sehr hoher Bedarf an 10
GBit/s-Lösungen besteht: Die Nachfrage geht dabei direkt von den Anwendern aus.
Organisationen mit einem realen Bedarf an 10 GBit/s-Übertragungen sind ISPs,
Börsen, Krankenhäuser, CAD-und GIS-Abteilungen, militärische Einrichtungen, Multimedia-
und Filmstudios. mittlerweile aber auch Firmen mit redundanten Rechenzentren
oder redundantem Storage.
Nach der Einführung von 10 Gigabit Ethernet schien
kurz Ruhe an der Highspeed-Front eingekehrt zu sein. Doch
schon bald danach wurde die High Speed Study Group (HSSG) mit der
Bedarfs- und Machbarkeitstudie noch höherer Datenraten beauftragt. Dabei
stellte sich heraus, dass in Rechenzentren bereits im Jahr 2011 ein
erster Bedarf für 40 GBit/s entstand. Bis im Jahr 2018 wird 40 GbE
flächendeckend installiert sein. Momentan steht außerdem auch
die Einführung der Technik mit 100 GBit/s an. (z.B. Finisar FTLC1182RDNx
CFP Transceiver)
Da diese Leistungssteigerung innerhalb der Nutzungsdauer heutiger
Verkabelungssysteme stattfindet, befindet sich die erste Normung innerhalb
dieser Systeme. Im Dezember 2007 wurde das Projekt 40/100 Gigabit Ethernet unter dem Titel IEEE 802.3ba ratifiziert. Zentrale
Motivation für die Standardisierung von 40 Gigabit Ethernet war der
kurzfristig steigende Bandbreitenbedarf in Rechenzentren und
Speichernetzwerken. Die Normverabschiedung war im Juni 2010.
Die folgenden PHYs sind oder werden standardisiert:
PHY |
40 Gigabit Ethernet |
100 Gigabit Ethernet |
mind. 1 m über Backplane |
40GBASE-KR4 |
|
mind. 10 m über Kuperkabel |
40GBASE-CR4 |
100GBASE-CR10 |
mind. 100 m über OM4 MMF |
40GBASE-SR4 |
100GBASE-SR10 |
mind. 10 km über SMF |
40GBASE-LR4 |
100GBASE-LR4 |
mind. 40 km über SMF |
|
100GBASE-ER4 |
Alle wichtigen Hersteller haben entsprechende Module auf dem Markt, Switcharchitekturen wurden neu entworfen, alte Switches nach Möglichkeit
aufgerüstet. Als 40-Gigabit-Ethernet Schnittstelle setzt sich preislich
momentan 40GBase-SR4 durch. Es handelt sich um eine Schnittstelle für
Multimodefaser OM3 /OM4 mit vier parallelen Fasern in beiden
Richtungen(Bezeichnung: R4). Es ist eine Schnittstelle für kurze Entfernungen
(Bezeichnung S) nach IEEE 802.3ba. Die überbrückbare Entfernung hängt von der
Multimodefaser ab und beträgt bei OM3 100 m, bei OM4 150 m. Als Stecker benutzt
40GBase-SR4 den MPO-Stecker. 40Gbps Netzwerkkarten, Switches und QSFP Transceiver sind
somit für den Durchsatz
gesehen, recht preiswert erhältlich:
MCX313A-BCBT, ConnectX-3 EN NIC, 40GigE, single-port QSFP,
PCIe3.0
ca. 400,00 EUR
MSX1036B-1SFS Mellanox SX1036-X2: 36 x QSFP 40GbE, 1U switch,
1PS
Gca. 12.500,00 EUR
INTEL XL710-QDA1BLK 40GBase SR4 Ethernet Server Adapter 1 Port
QSFP+ Direct Attached Copper ca.400 EUR.
Ein 40Gb DAC-Kabel mit QSFP+ Stecker an beiden Seiten ist für unter 200 EUR
erhältlich.
40-Gigabit-Ethernet über Kupferkabel: 40GBase-T
IEEE 802.3bq beschäftigt sich mit dem 40-Gigabit-Ethernet über Kupferkabel.
40GBase-T ist eine Schnittstelle für 40-Gigabit-Ethernet über CAT8-Kabel (CAT6A
und CAT7A werden evtl. für kurze Strecken bis 10 Meter verwendet werden). Die
40GBase-T-Schnittstelle arbeitet mit vier Twisted-Pair-Kabeln mit zwei
RJ45-Steckern und soll eine Reichweite von 30 m überbrücken. Über die
strukturierte Verkabelung können so Punkt-zu-Punkt-Verbindungen aufgebaut
werden.
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