Teil 1:  Leistungshunger auf allen Ebenen

Teil 1 von 19 aus der Serie "Ethernet Evolution"

Es gibt keinen Bereich der Netzwerktechnologie, der nicht von massivem Leistungshunger geprägt ist. Beginnend in RZs, wo Virtualisierung und Konsolidierung das Netz zum Systembus machen, über die Corporate-und MAN-Backbones, die via geeigneter Subscriber-Technologien immer mehr Benutzer mit immer höheren Bandbreiteanforderungen bedienen müssen bis hin zu den nationalen und internationalen Provider-Backbones, die den weltweiten Internet-Verkehr bewältigen müssen. Basis aller Neuentwicklungen ist Ethernet als WELT-Standard für die Datenübertragung. Also muss Ethernet nicht nur qualitativ permanent verbessert werden, sondern auch in neue Leistungsbereiche vordringen. In dieser Serie kümmern wir uns genau darum. Die Perspektive der Serie ist immer das Corporate Network, zur Erläuterung werden aber auch andere Bereiche betrachtet.

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Teil 2:  Energieverbrauch gefährdet Wachstum

Teil 2 von 19 aus der Serie "Ethernet Evolution"

Speziell in einem Rechenzentrum stößt man auf einen hohen Konzentrationsgrad der Anschlussdichte. Verbunden mit den Leistungsanforderungen eines einzelnen Anschlusses ist das ein Pulverfass. Wir befinden uns bereits jetzt in einer Situation, in der bestimmte Geräte nur noch mit Bündeln von 10-GbE-Anschlüssen bedient werden können. Das hat nicht nur Nachteile in betrieblicher Hinsicht. Erweitert man die Perspektive, wird man feststellen, dass die Energiebilanz erschreckend ist und auf Dauer dem gewünschten Wachstum wirklich im Wege steht.

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Teil 3:  Energie-Effizienz kann Kosten deutlich senken

Teil 3 von 19 aus der Serie "Ethernet Evolution"

Im letzten Teil haben wir den Energiebedarf von Vernetzungslösungen generell angesprochen. Heute wollen wir uns ganz konkret der Frage widmen, wie man durch die Beeinflussung der Schnittstellen die Energie-Effizienz auch in solchen Fällen, wo EEE nicht greift, also im RZ oder bei Corporate Backbones verbessern kann. Wir werden sehen, dass die Konzentration der Datenrate hier sehr nützlich sein kann.

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Teil 4:  Sollen wir 40 G einfach überspringen?

Teil 4 von 19 aus der Serie "Ethernet Evolution"

Bei Corporate Networks führen wir ja zur Zeit eine Diskussion, ob man die 40-GbE nicht einfach überspringen und statt dessen von 10-GbE direkt auf 100-GbE gehen sollte. Dafür spricht Vieles, gegen 40-GbE spricht aber vor allem, dass die Provider diese Diskussion bereits hatten und zu Ungunsten von 40 G entschieden haben. Aber: stimmt das immer oder gibt es wie bei jeder Regel vielleicht doch Ausnahmen?

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Teil 5:  Übertragungsmedien für 100 G

Teil 5 von 19 aus der Serie "Ethernet Evolution"

Die Leistung optischer Übertragungssysteme ist in den letzten 10 Jahren etwa um den Faktor 100 gestiegen. Dies ist harmonisch zu anderen Bereichen der Übertragung. Bei Ethernet kamen wir in diesem Zeitraum von Fast Ethernet mit 100 Mbit/s zu 10-GbE. Im Wireless-Bereich kamen wir von 1 Mbit/s mit den frühen 802.11-Standards zu Mehrfachen von 100 Mbit/s. bei 802.11n.Damit ist aber jetzt Schluss. Ethernet auf metallischen Kabeln schafft noch einen Faktor 4, bei Wireless kann man sich in den nächsten Jahren noch den Faktor 10 – 40 vorstellen. Einzig und alleine die optische Übertragungstechnik ist in der Lage, quasi ungebremst weiterzuwachsen. Während im RZ 100-GbE ankommt, arbeiten Provider schon längst mit DWDM-Systemen im Bereich von 1 – 10 TbE auf großen Entfernungen. Es gibt bereits erste Überlegungen zu Petabit-Netzen (1000 Terabit/s). Allerdings, nicht alle Fasern sind gleich und bei der Vorbereitung des Umstiegs auf 100 G gilt es, ein paar Dinge zu beachten.

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Teil 6:  Dispersionseffekte in Lichtwellenleitern

Teil 6 von 19 aus der Serie "Ethernet Evolution"

Neben den allgemeinen Dämpfungseffekten haben wird die Qualität der Nachrichtenübertragung auf Lichtwellenleitern durch Dispersionseffekte beeinflusst.
Dispersion bedeutet, dass das in den Wellenleiter im Rahmen des Akzeptanzwinkels eingebrachte Licht beim Durchlauf durch den Wellenleiter nicht „zusammenbleibt“, sondern sich proportional zur Dauer des Durchlaufs, also zur zurückgelegten Wegstrecke, verstreut. Der Lichtwellenleiter zerlegt das Licht sozusagen beim Durchlauf. Technische Maßnahmen gegen diese Effekte sind Bauartmodifikationen und elektronische Dispersionskompensation.

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Teil 7:  Multimode-Fasern in der 100-G-Technik

Teil 7 von 19 aus der Serie "Ethernet Evolution"

Lichtwellenleiter lassen sich anhand der Anzahl der geführten Wellen sowie der Art des Brechungsverlaufs unterscheiden. Da die Modendispersion für einkanalige Lichtwellenleiterübertragungssysteme der dominierende Effekt ist, führen grundsätzliche geometrische Konstruktionsmerkmale entlang dieses Effekts zu einer Differenzierung der Fasertypen.

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Teil 8:  Monomode-Fasern und Strahlungsquellen in der 100-G-Technik

Teil 8 von 19 aus der Serie "Ethernet Evolution"

Im Gegensatz zu den Gradientenfasern sind Monomodefasern oder Single Mode Fibers den Stufenprofilfasern zuzuordnen. Allerdings ist hier der Kerndurchmesser so gering, dass quasi keine Modendispersion auftritt. Die numerische Apertur beträgt hierbei circa 0,1. Die Beschreibung des Lichttransportes mit Hilfe der geometrischen Optik ist somit eine grobe Vereinfachung des Ausbreitungsvorgangs. Als Strahlungsquellen kommen nur Laser in integrierten Bauformen in Frage.

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Teil 9:  Modulationsverfahren für die 100-G-Technik

Teil 9 von 19 aus der Serie "Ethernet Evolution"

Wesentliche Impulse für die 100-G-Technik kommen von verbesserten Modulationsverfahren. Bis jetzt werden bei optischen Übertragungssystemen sehr einfache Modulationsverfahren eingesetzt, die letztlich das Bandbreite/Reichweite-Produkt nur gering ausnutzen. Komplexere Modulationsverfahren haben handfeste wirtschaftliche Vorteile: sie ermöglichen z. B. den Betrieb einer 100-G-Übertragung auf einer Faser, die mit einfachen Verfahren lediglich 10 G übertragen kann. Dieser Vorzug, von dem heute Provider schon massiv profitieren, wird in den nächsten Jahren wegen der Integration optischer Komponenten und dem allgemeinen Preisverfall auch für Corporate Backbones hochinteressant! Allerdings: es ist etwas schwierig zu erklären. Deshalb gibt es dazu auch zwei Folgen. Wir beginnen heute mit einfachen Modulationsverfahren und den Verbesserungen QAM und PSK.

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Teil 10:  OFDM, Polarisationsmodulation und Strahlungsempfänger

Teil 10 von 19 aus der Serie "Ethernet Evolution"

OFDM kennen die Meisten von WLANs. Dort sorgt es trotz sehr geringer Bandbreite der Funk-Kanäle für Übertragungsgeschwindigkeiten bis (bei IEEE 802.11ad) in den Multigigabit-Bereich. Aber es wird auch die Leistung optischer Übertragungsstrecken erheblich steigern. Die Polarisationsmodulation nutzt eine spezielle Eigenschaft des Lichts. Passende Strahlungsempfänger schließen die Übertragungsstrecken ab und sorgen für die Demodulation der Informationsgehalte.

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Teil 11:  Standards für 40- und 100-GbE

Teil 11 von 19 aus der Serie "Ethernet Evolution"

Der Standard IEEE 802.3ba für 40- und 100-GbE sollte grundsätzlich bekannt sein. In dieser und den nächsten Folgen werden wir das einerseits nochmal auf dem neuesten Stand zusammenfassen aber auch hinsichtlich verschiedener Einzelheiten, die für 100 G wesentlich sind, tiefer detaillieren. Ein weiterer wesentlicher Standard ist G 709, der „Digital Wrapper“. Ihn gibt es schon seit ca. 10 Jahren für Providernetze, aber durch die Verfügbarkeit auch auf kleineren Systemen bis hinunter zum Cisco Catalyst 6500 wird er für Corporate Networks immer wichtiger.

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Teil 12:  IEEE 802.3ba im Detail

Teil 12 von 19 aus der Serie "Ethernet Evolution"

Die wesentlichen Elemente und Parameter des Standards waren schon Mitte 2010 klar. Wie immer dauert es dann noch etwas bis zur endgültigen Verabschiedung. Diese ist Mitte 2011 erfolgt. Gleichzeitig haben die Hersteller schon fleißig damit begonnen, entsprechende Switches oder Line Cards für die neuen Geschwindigkeitsbereiche vorzustellen. Während das Angebot bei 100 G noch etwas übersichtlich ist, kann man 40 G schon überall finden.

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Teil 13:  Die aktuellen Varianten (Stand 2011)

Teil 13 von 19 aus der Serie "Ethernet Evolution"

Mit der Materialisierung der Standards durch Produkte kommt eine ganze Reihe von Varianten auf den Markt. Von Systemen für die Kurzstrecke im Rack bis hin zur Lösung über 40 km ohne Zwischenverstärker ist wirklich für jeden Anwendungsfall etwas dabei. Wegen des allgemeinen Interesses zeigen wir hier auch die 40-GbE-Varianten, die schon Ende 2011 zu Preisen unterhalb 3.500 Euro verfügbar sein werden und vor allem für die Anbindung von Servern sowie in solchen Fällen, wo sich der Betreiber noch nicht zu 100-GbE im Netzkern entschließen kann, interessant sind.

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Teil 14:  Weitere konstruktive Einzelheiten aus IEEE 802.11ba

Teil 14 von 19 aus der Serie "Ethernet Evolution"

In diesem Teil geht es um ein paar Einzelheiten, die für die allgemeine Erklärung zu detailliert waren, für die Beurteilung der Eignung von 100-GbE als Systembus virtualisierter Systemumgebungen und neue Ansätze zur Schaffung von Konvergenz wesentlich sind.

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Teil 15:  Möglichkeiten zur Hardware-Konvergenz

Teil 15 von 19 aus der Serie "Ethernet Evolution"

Auch in IEEE 802.3ab bleibt das Problem der Konvergenz von Ethernet und FC-Verkehr ungelöst. Klar ist schon mal, dass FCoE höchstens bei 40-GbE zur Anwendung kommen wird, weil für 100-GbFCoE alle Kontroll- und Reaktionsprozeduren 10fach schneller ablaufen müssten. Und die Hersteller stoßen ja schon bei FCoE für 10-GbE an die Grenzen der Kontrollprozessoren. Selbst wenn sich diese fulminant weiterentwickeln, werden sie mit hoher Wahrscheinlichkeit im zu betrachtenden Zeitraum nicht schnell genug.

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Teil 16:  ITU-T G.709: Integrationsstandard für Provider-Netze

Teil 16 von 19 aus der Serie "Ethernet Evolution"

Viele Diskussionen im Zusammenhang der Weiterentwicklung von Provider-Systemen waren in den letzten Jahren stark von der Diskussion bestimmt, ob man nicht die Kombination aus DWDM/SONET und MPLS z. B. durch Carrier Ethernet ablösen könne. Wenn überhaupt, wird diese Ablösung Jahre dauern. In der Zwischenzeit müssen wir uns darauf einrichten, dass eigentlich alle Systeme, die es gibt, miteinander koexistieren werden. Eine dabei oftmals vernachlässigte Fragestellung ist, wie eine Zusammenschaltung unterschiedlicher Systeme eigentlich sinnvoll benutzt und gesteuert werden kann. Dafür gibt es seit fast zehn Jahren einen Standard, nämlich G.709, der jetzt endlich ins allgemeine Bewusstsein rückt.

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Teil 17:  Details zu ITU-T G.709

Teil 17 von 19 aus der Serie "Ethernet Evolution"

Bei ITU-T wurde im Zusammenhang mit G.709 das Konzept des Optical Transport Networks OTN mit einer ganz neuen Schnittstellendefinition entwickelt, nämlich dem „Network Node Interface NNI for the Optical Transport Network OTN“ in der Empfehlung G.709. Es handelt sich um das Pendant zum „NNI for the SDH“ nach ITU-T-G.707.

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Teil 18:  100 G Produktlage

Teil 18 von 19 aus der Serie "Ethernet Evolution"

In diesem Teil verdeutlichen wir den aktuellen Produktstand Mitte 2011 zunächst an ausgewählten Beispielen und werfen dann aber auch einen Blick auf Hersteller und deren Produkte, die auch für den Bereich der Corporate Networks „100-G-Ready“ sind.

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Teil 19:  40/100 G für alle: der Einfluss der ASIC-Technologie

Teil 19 von 19 aus der Serie "Ethernet Evolution"

Die gesamte Technologie für 40- und 100-GbE wäre für Corporate Networks unerschwinglich, wenn sie nicht durch entsprechende VLSI-Entwicklungen materialisiert würde. In dieser Folge möchte ich exemplarisch drei wesentliche Switch-ASICs vorstellen, die die Welt der Datenkommunikation verändern. Es sind primär Beispiele aus dem 10-G-Bereich, weil darüber konkret berichtet werden kann. Verschiedene Hersteller haben allerdings schon für 2012 Switch-ASICs für 40- und 100-GbE angekündigt.

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