Am 17. Juni 2010 wurden von der Arbeitsgruppe 802.3 des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) die 40 Gigabit und 100 Gigabit Ethernet Standards eingeführt. Diese neuen revolutionären Ethernet-Geschwindigkeiten öffnen die Tür zu wesentlich leistungsfähigeren Netzwerken und ermöglichen eine Vergrößerung, die beim 10 Gigabit Ethernet zuvor unmöglich war. Dieses White Paper gibt einen Überblick über die 40 Gigabit und 100 Gigabit Ethernet-Technologien und Anwendungen in Netzwerken von Serviceprovidern, Datenzentren und Unternehmen.


40 Gigabit Ethernet Anwendungen

Innovative Datencenter-Technologien, einschließlich Virtualisierung, konvergierte Datencenter-Netze und Cloud Computing, verändern den Aufbau herkömmlicher Netzwerke in Datenzentren. Moderne Netzwerke benötigen mittlerweile eine viel höhere Bandbreite, um alle Anforderungen an die Leistung und Flexibilität erfüllen zu können, die die neuen Anwendungen stellen. Zunächst sind die 40 Gigabit Ethernet Anwendungen gezielt ausgerichtet auf Core und Aggregation Layers in Datenzentren mit geringer Reichweite oder Top-of-Rack (ToR) Server Aggregation mit Kupferkabeln oder Multimode-Fasern (MMF) von bis zu 125 m. Darüber hinaus werden in dem Standard ebenfalls Schnittstellen mit größerer Reichweite für interne Datencenter sowie Metro und Campus Core Networks mit Entfernungen von bis zu 10 km über Single-Mode Fasern (SMF) festgelegt. Folglich gilt das 40 Gigabit Ethernet als die nächste Geschwindigkeit für Blade-Server-Zugriffe und Server-Netzwerkkarten (NICs). Da die Prozessorleistung weiterhin dem Mooreschen Gesetz folgt und sich etwa alle 24 Monate verdoppelt, kann davon ausgegangen werden, dass die Server in den kommenden Jahren 40 Gigabit Ethernet-Schnittstellen benötigen werden.


100 Gigabit Ethernet Anwendungen

Im Gegensatz dazu sind 100 Gigabit Ethernet Anwendungen auf SP Core und Aggregation Networks, Metro Core sowie große Campus Core Networks ausgerichtet. Angetrieben von der allgegenwärtigen Nachfrage nach drahtgebundenem und mobilem Zugang zu personalisierten Inhalten durch Unternehmen und Verbraucher verfügen diese Anwendungen über höchste Bandbreiten- und Redundanzvorgaben für äußerst leistungsstarke Ethernet-Netzwerke, und ermöglichen Entfernungen von bis zu 40 km anhand von SMF. Für Core und Aggregation-Anwendungen in Datenzentren mit geringer Reichweite kommen 100 Gigabit Ethernet-Technologien mit Kupferkabeln und bis zu 125 m MMF zum Einsatz.


Hintergrund

2006 gründete die Arbeitsgruppe 802.3 des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) die Higher Speed Study Group (HSSG) zur Erforschung des Bedarfs nach einer Ethernet-Technologie, die schneller als 10 Gigabit Ethernet ist. Die HSSG schlussfolgerte, dass die Leistungsanforderungen - bedingt durch die Allgegenwärtigkeit der Internetinhalte und Inhalte mit hoher Bandbreite - zunehmend die Kapazitäten der Netzwerke übersteigen würden, die anhand des 10 Gigabit Ethernet errichtet wurden. Vorgeschlagen wurden daher zwei neue Ethernet-Raten: 40 Gigabit Ethernet für Serverzugriff und Datencenter-Anwendungen und 100 Gigabit Ethernet für Network Aggregation und Backbone-Anwendungen. Im Januar 2008 wurde die IEEE P802.3ba Task Force zur Entwicklung der 40 Gigabit und 100 Gigabit Ethernet Standards gegründet, und am 17. Juni 2010 verabschiedete die IEEE den 802.3ba Standard als Änderung der Ausführung IEEE 802.3-2008.


Technologieüberblick

Der 802.3ba Standard beschreibt erweiterbare Architekturen, die 40 Gigabit Ethernet, 100 Gigabit Ethernet sowie zahlreichen Bitübertragungsschichten Platz bieten. Diese flexiblen Architekturen unterstützen spezifische Bitübertragungsschichten, die dank heutiger - und zukünftiger - Technologien realisierbar und kostengünstig sind, ohne den Standard umschreiben zu müssen. Darüber hinaus ermöglichen sie es Anbietern, ihre bestehenden Technologien und ihr geistiges Eigentum wiederzuverwenden.

Die folgenden Ziele wurden von der IEEE 802.3 Arbeitsgruppe festgelegt, um zu gewährleisten, dass das 40 Gigabit und das 100 Gigabit Ethernet mit bestehenden Ethernet-Netzwerken nahtlos kompatibel sind:

Unterstützt nur Vollduplex •

Bewahrt das 802.3 Ethernet Rahmenformat•

Bewahrt die 802.3 minimalen und maximalen Rahmengrößen•

Unterstützt eine Bitfehlerrate (BER), die höher als oder gleich 10• -12 4 ist

Um zu gewährleisten, dass 40 Gigabit und 100 Gigabit Ethernet auch auf Metro- und optische Großraumnetzwerke übertragen werden können, wurde ein Ziel zur Unterstützung des Optischen Transportnetzes (OTN) festgelegt. Die IEEE kooperierte eng mit dem Telecommunication Standardization Sector (ITU-T) SG15, um vollständig kompatible Ethernet- und optische Transportstandards festzulegen. Wie in der ITU-T G.709 Hierarchie (Änderung, 3. Oktober 2009) festgelegt, kann das 40 Gigabit Ethernet in OTU3 und das 100 Gigabit Ethernet in OTU4 transportiert werden.

Schlussendlich wurden zudem mehrere Ziele hinsichtlich der Bitübertragungsschicht (siehe Tabelle 1) aufgestellt, um Vorgaben für eine facettenreiche Kombination von Reichweiten und Medien zu erhalten, sodass zahlreiche neue Ethernet-Anwendungen unterstützt werden können. Eines der wichtigsten zu lösenden Probleme war die Wahl der besten Lösung für die Nutzung bereits vorhandener Technologien im Rahmen der Deckung des Marktbedarfs und der Einhaltung der Kostenziele. Die ersten elektrischen Schnittstellen sind entweder vier Spuren mit 10 Gbps für 40 Gigabit Ethernet oder zehn Spuren mit 10 Gbps für 100 Gigabit Ethernet. Der Standard ist flexibel und wird bei Weiterentwicklung der Technik zukünftig zwei x 50 Gbps Spuren oder eine x 100 Gbps Spur unterstützen.