Sind Ihre Glasfaserkabel und Tester auf 400G Ethernet vorbereitet?

28. September 2021 / Allgemein, Norm und Zertifizierung, Industrienetzwerke

Angetrieben von großen Hyperscale- und Cloud-Rechenzentrumsanbietern haben Fortschritte in der Signalisierungs- und Transceiver-Technologie zur Entwicklung von Übertragungsgeschwindigkeiten der nächsten Generation geführt. Es stehen jetzt mehrere Optionen für 400G-Ethernet-Anwendungen über Multimode- und Singlemode-Glasfaser zur Verfügung, und weitere sind in Aussicht. Und damit nicht genug – große Player wie Google, Facebook und Microsoft treiben Innovationen voran, um 800 Giga- und 1,6 Terabit-Anwendungen zu unterstützen, und die IEEE Beyond 400 Gig Ethernet Study Group definiert bereits Ziele.

400G-Switch-Port-Lieferungen nach Marktsegmenten von 2018 bis 2024.

Während die meisten Unternehmensrechenzentren noch kein 400-Gbit-Ethernet bereitstellen, setzen die großen Player diese Geschwindigkeiten der nächsten Generation bereits in Switch-to-Switch-Verbindungen ein. Diese Geschwindigkeiten halten auch Einzug in die Netzwerke der Langstrecken-Service Provider / Dienstleister. Da 400 Gigabit jedoch eine ideale Technologie für Breakout-Anwendungen mit 4 x 100 Gbits/s und 8 x 50 Gbit/s in Switch-to-Server-Verbindungen ist, wird es nicht lange dauern, bis wir eine Einführung auf Unternehmensebene sehen. Tatsächlich prognostiziert eine 2020 Prognose der Dell'Oro Group, dass die Lieferungen von 400 Gig-Switch-Ports für Tier- 2 und 3 Cloud-Service Provider / Dienstleister im Jahr 2022 ansteigen werden, wobei große Unternehmensrechenzentren 2023 und 2024 nachziehen werden.

Die gute Nachricht ist, dass die vorhandene Glasfaserkabel- und Konnektivitätstechnologie 400 Gigabit-Ethernet und darüber hinaus unterstützen wird, was bedeutet, dass Glasfasertestgeräte auch diese Geschwindigkeiten unterstützen werden. Aber es gibt einige Überlegungen. Werfen wir einen genaueren Blick darauf.

400G-Signaltechnologie-Optionen zur Auswahl

Mit der Entwicklung der Signaltechnologie mit vierstufiger Pulsamplitudenmodulation (PAM4), die 50 und 100 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) pro Leitung ermöglicht, sowie Kurzwellenmultiplex (SWDM), dass die Übertragung über mehrere Wellenlängen auf Multimode-Fasern ermöglicht, gibt es jetzt mehrere praktikable Optionen für parallele Optik- (d. h., Multi-Faser-) und WDM-basierte Anwendungen für 400 Giga wie in der folgenden Tabelle dargestellt.

Es sollte beachtet werden, dass die 400GBASE-SR16-Anwendung wie 100GBASE-SR4 die vorherige Non-Return-to-Zero (NRZ)-Signalisierungstechnologie mit einer 25 Gbit/s-Datenrate der Leitung verwendet. Mit dem Aufkommen von PAM4 und dem Bedarf an teuren 32-Faser-MPO-Steckverbindern mit begrenzter Marktverfügbarkeit und fehlender Transceiver-Unterstützung sehen die meisten Branchenexperten nicht, dass diese Anwendung jemals verwirklicht wird. Bei der Anwendung SWDM 400GBASE-SR4.2, die 50 Gbit/s über zwei Wellenlängen auf jeder Faser überträgt, kommen parallele Optik und SWDM-basierte Technologien zusammen.

Anwendung	IEEE-Norm	Glasfaser	Datenrate der Leitung	Übertragung	Anzahl der Leitungen	Anzahl der Glasfasern	Abstand	Anschluss-Schnittstelle
400GBASE-SR16	802.3bs	Multimode	25	Parallel	16	32	70 m (OM3) 100 m (OM4)	MPO-32
400GBASE-SR8	802,3 cm	Multimode	50	Parallel	NA	16	70 m (OM3) 100 m (OM4)	MPO-16/MPO-24
400GBASE-SR4.2	802,3 cm	Multimode	50	Parallel/SWDM	2	8	70 m (OM3) 100 m (OM4) 150 m (OM5)	MPO-8/MPO-12
400GBASE-DR4	802.3bs	Singlemode	100	Parallel	4	8	500 m	MPO-8/MPO-12
400GBASE-FR8	802.3bs	Singlemode	50	WDM	8	2	2 km	Duplex
400GBASE-FR4	802.3cu	Singlemode	100	WDM	4	2	2 km	Duplex
400GBASE-LR4-6	802.3cu	Singlemode	100	WDM	4	2	6 km	Duplex
400GBASE-LR8	802.3bs	Singlemode	50	WDM	8	2	10 km	Duplex
400GBASE-ER8	802.3cn	Singlemode	100	WDM	8	2	40 km	Duplex

Es ist auch wichtig zu beachten, dass das IEEE auf der Grundlage der PAM4-Technologie von 100 Gbit/s pro Leitung auch an der Entwicklung der 802.3db-Norm arbeitet, der 400GBASE-SR4 umfassen wird, eine 4er Leitung, 8-Faser-Multimode-Paralleloptik-Anwendung. Dieser Standard wird voraussichtlich Mitte 2022 veröffentlicht und da er mit der bestehenden MPO-8/MPO-12-Konnektivität, die in 40/100GBASE-SR4 verwendet wird, unterstützt wird und daher eine einfachere Migration zu 400 Giga bietet, wird er wahrscheinlich gegenüber der 400GBASE-SR8-Anwendung an Bedeutung gewinnen.

Überlegungen und Tipps zum 400G-Ethernet-Test

Während größere Cloud-Rechenzentren, die längere Verbindungsstrecken benötigen bzw. ihre bestehende Duplex-Konnektivität nutzen möchten, WDM-basiertes 400GBASE-FR4 einsetzen werden, um bis zu 2 km zu erreichen, scheinen 400GBASE-SR4 und 400GBASE-DR4 die besten Chancen zu haben in der Rechenzentrumsumgebung an Boden zu gewinnen, da Entfernungen über 500 Meter normalerweise nicht erforderlich sind. Außerdem ist eine komplexere WDM-Transceiver-Technologie teurer als einfachere parallele optische Transceiver. Glücklicherweise verwenden 400GBASE-SR4 und DR4 8-Faser-Anwendungen dieselben Multi-Faser-Push-on-(MPO)-Anschlüsse, die in früheren parallelen Optikanwendungen wie 40GBASE-SR und 100GBASE-SR verwendet wurden. Das Testen MPO-basierter Systeme ist mit Testgeräten wie dem MultiFiber™ Pro Optical Power Meter von Fluke Networks gut etabliert. Mit einer MPO-Schnittstelle misst MultiFiber Pro die Einfügedämpfung und validiert die Polarität aller 8 Fasern, wodurch die Verwendung von Fanout-Kabeln überflüssig wird. Aber wenn es um 400 Giga geht, gibt es zusätzliche Überlegungen.

Aufgrund des höheren Signal-Rausch-Verhältnisses bei der PAM4-Signalisierung gibt es größere Bedenken bezüglich des Reflexionsvermögens, das die Leistung weiter verschlechtern kann. Während sie normalerweise mit Singlemode-Faseranwendungen in Verbindung gebracht werden, werden APC-Multimode-Steckverbinder (abgewinkelter physischer Kontakt) schnell zur Norm in 400 Giga-Multimode-Installationen, um Reflexionen zu begrenzen, anstatt der häufig verwendeten UPC (Ultra-Physical Contact)-Faserendfläche. Die Endfläche eines APC-Steckverbinders weist einen 8-Grad-Winkel auf, der bewirkt, dass reflektiertes Licht in die Ummantelung absorbiert wird. Beim Testen von APC-Steckverbindern möchten Sie sicherstellen, dass Ihr Tester diese unterstützen kann. Bei Multimode erfordert dies möglicherweise die Verwendung eines UPC-zu-APC-Hybrid-Testreferenzkabels. Sie sollten auch sicherstellen, dass Sie bei der Überprüfung dieser Anschlüsse eine APC-Prüfspitze verwenden, da eine UPC-Sonde die Fokussierung auf den Kern und die Endfläche verhindern kann. Der Fluke Networks FiberInspector Ultra bietet sowohl UPC- als auch APC-Prüfspitzen für die MPO- und Einzelfaserprüfung.

Die Reflexion ist auch ein wichtiger Aspekt bei Singlemode-400GBASE-DR4-Anwendungen mit kurzer Reichweite. Da kostengünstige Transceiver, die in Singlemode-Anwendungen mit kurzer Reichweite verwendet werden, Reflexionen nicht tolerieren können, hat das IEEE Verlustgrenzen basierend auf der Anzahl und dem Reflexionsvermögen der Verbindungen festgelegt. In unserem vorherigen Blog erfahren Sie mehr über die Reflexion im Singlemode mit kurzer Reichweite. Beachten Sie, dass ein spezielles Optical Loss Test Set (Testsatz für optische Dämpfung, OLTS) zwar die Reflexion messen kann, die meisten jedoch die Rückflussdämpfung messen, die eine positive Zahl ist. OTDRs messen das Reflexionsvermögen, bei dem es sich um eine negative Zahl und den in IEEE-Standards angegebenen Wert handelt. Da die Reflexion im Allgemeinen bei jeder 400 Giga-Anwendung viel wichtiger ist, profitieren diese Anwendungen besonders von einer vollständigen Teststrategie, die sowohl ein OLTS als auch ein OTDR verwendet.