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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
Ethernet Network Connection
10GBASE-T RJ-45 Kupfer Server Adapter 2 Port, PCIe 3.0
INTEL X550-T2
10GBase-T RJ-45 Kupfer Server Adapter 2Port, PCIe 2.1 x8 x16
INTEL Ethernet Network Connection OCP X527-DA4
Intel Ethernet Network Connection OCP X527-DA4 - Netzwerkadapter - OCP - 10
Gigabit SFP+ x 4
Synology E10G18-T2 Dual Port-10GbE
Synology - Netzwerkadapter, PCIe 3.0 x8 Low-Profile - 10Gb Ethernet x 2
10 Gigabit Ethernet Router und Switches
D-LINK DXS-1210-16TC 16 Port Switch mit 12x10GBase-T
Ports, 2xSFP+ & 2xSFP+/Combo
HPE Aruba 6200F 24G Class4 PoE 4SFP+ 370W Switch
Switch - L3 - managed, 24 x 10/100/1000 (PoE+), 4 x 1 Gigabit / 10 Gigabit
SFP+, an Rack montierbar, PoE+ (370 W)
Cisco hat mehrere 10-Gigabit-SFP-Module für Switches der Cisco
Catalyst-Series 1200, Cisco Catalyst-Series 1300 und Cisco
Catalyst-Series 3550 entwickelt, die hohe Bandbreiten und mehr
Netzwerkleistung für die Catalyst-Switches bereitstellen. Die Cisco 10GBASE SFP
Module bieten ein breites Spektrum von 10 Gigabit Ethernet
Verbindungsmöglichkeiten für Datenzentrum, Verteilerschrank und
Serviceproviderverkehr.
- Cisco SFP-H10GB-CU1M
Cisco SFP-H10GB-CU1M kompatibles 10G SFP+ passives Twinax Kupfer Direct Attach
Kabel (DAC), 1m
- Cisco SFP-H10GB-CU3M
Cisco SFP-H10GB-CU1M kompatibles 10G SFP+ passives Twinax Kupfer Direct Attach
Kabel (DAC), 3m
- Cisco SFP-H10GB-CU5M
Cisco SFP-H10GB-CU1M kompatibles 10G SFP+ passives Twinax Kupfer Direct Attach
Kabel (DAC), 5m
- Cisco SFP-10G-SR-S SFP-Modul
Cisco SFP-10G-SR-S SFP-Modul bietet eine Verbindungsreichweite von 300 Metern
über Mulit-Mode
- Cisco SFP-10G-SR-S
Cisco - SFP+-Transceiver-Modul - 10GbE - 10GBase-SR - LC/PC Multimode - bis zu
400 m - 850 nm
- Cisco 10GBASE-LR SFP-Modul
Das Cisco 10GBASE-LR SFP-Modul
bietet eine herausragende Verbindungsreichweite von bis zu 10 km über
Single-Mode-Faser
- Cisco SFP-10G-LR-S
Cisco - SFP+-Transceiver-Modul - 10GbE - 10GBase-LR - LC/PC Einzelmodus - bis zu
10 km - 1310 nm
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
MSX1036B-1SFS Mellanox SX1036-X2: 36 x QSFP 40GbE, 1U switch,
1PS
INTEL XL710-QDA1BLK 40GBase SR4 Ethernet Server Adapter 1 Port
QSFP+ Direct Attached Copper
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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