Glasfaserkabel Die Trends in der optischen Kommunikation

Neben der Virtualisierung und dem zunehmenden Hunger nach Bandbreite spielt künftig der Einsatz optischer Übertragungstechnik auf kurzen Entfernungen eine dominierende Rolle.

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Jedes Jahr im Herbst findet die European Conference and Exhibition on Optical Communication (ECOC) statt. Zu den heißen Themen der ECOC 2013 gehörte vor allem der zunehmende Bandbreitenbedarf infolge der Anwendung von Big Data, Cloud und Virtualisierung. Die Fachwelt diskutierte Lösungsansätze, die künftig mehr Bandbreite bereitstellen können.

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Innovationen in optischen Technologien und neue Netzwerkarchitekturen sind unverzichtbar. So ein Ergebnis der ECOC. Damit müssen Data Center befähigt werden, ihre Leistungsfähigkeit zu steigern. Sie müssen flexibler vorsorgen können und ihre Infrastrukturen leichter skalieren können. Ressourcen müssen sich künftig effektiver verteilen lassen.

Die Konsequenzen der Virtualisierung

Der Megatrend der Virtualisierung hat die Data Center inzwischen voll erfasst. Mit Virtualisierung lässt sich die Nutzung von Rechenzentren verbessern, denn die vorhandenen Ressourcen können auf mehrere Kunden oder Anwendungen aufgeteilt werden. Bisher verstand man darunter häufig nur die Server-Virtualisierung (Bild 1). Allerdings muss man drei Arten unterscheiden: Server-, Netzwerk- und Storage-Virtualisierung. Alle drei haben erhebliche Auswirkungen auf die Verkabelung.

Ein Beispiel, um die Konsequenzen zu verdeutlichen: Ein physischer Server kann mehrere unabhängige virtuelle Maschinen hosten. Jede virtuelle Maschine (VM) kann 10 Gbit/s oder mehr in das Netzwerk «pumpen». Die Verkabelung muss eine entsprechende Leistung bereitstellen, damit diese große Datenmenge überhaupt transportiert werden kann. Darüber hinaus werden Hunderte von virtuellen Netzwerken oder virtuellen Routings über einen Link übertragen.

Das bedeutet: Wenn eine einzelne Kabelverbindung ausfällt, können zahlreiche virtuelle Maschinen und virtuelle Netzwerkoperationen betroffen sein. Darum ist eine robuste und verlässliche Verkabelungstechnik mit Anschlusslösungen für höhere Bandbreiten so wichtig für den sicheren Netzwerkbetrieb. Letztlich kann die optische Übertragungstechnik die erforderliche Bandbreite heranbringen.

Flache Hierarchien bringen mehrere Vorteile

Die Rechenzentrumsarchitektur entwickelt sich zunehmend in Richtung einer flacheren Hierarchie. Dieses «Fat Tree»-Design bringt gegenüber der traditionellen Tier-III-Architektur mehrere Vorteile: Ungenutzte oder blockierte Kapazitäten lassen sich leichter zugänglich machen. Die Investitionskosten sinken.

Außerdem lassen sich vorhandene Ressourcen flexibler anpassen und verwalten. Dazu verwendet man softwaredefinierte Netzwerkabstraktionen (SDN, Software Defined Network). Damit kann man Betriebskosten senken und die Latenz verkürzen.

Der Weg zu 40 GigaBit und 100 GigaBit Ethernet

Infolge der genannten Trends arbeitet man in Rechenzentren zunehmend mit 10-GBit-Ethernet-Netzwerken. Bald werden 40-GBit-Ethernet-Systeme zum Einsatz kommen. Damit steigt die Zahl der Links mit variablen Übertragungsdistanzen. Allerdings müssen dann auch die Kapazitäten und Portdichten steigen.

Auf dem Vormarsch sind die optischen Medien bereits dort, wo große Bandbreiten auf mittleren Distanzen bereitgestellt werden müssen. Bei Entfernungen von mehr als 30 m sind optische Medien vielversprechend. Bei 100-GBit-Ethernet-Netzen nach dem Standard P802.3bm bieten parallele, multimode Medien (OM4) mit vier mal 25 GBit eine Reichweite von 100 m.

Mehr Licht auf kurzen Distanzen

Optische Übertragungsverfahren werden sich auch in die andere Richtung stärker ausbreiten: Sie wachsen in die Welt der Interfaces und Aktivgeräte hinein und überbrücken hier sehr kurze Distanzen (Bild 2). So kann man auch auf dieser Seite die ständig steigenden Bandbreitenwünsche erfüllen und gleichzeitig den Stromverbrauch senken.

Konkret geht es um optische Verbindungen zwischen Racks und zwischen den Boards der Aktivgeräte. Man wird vermehrt steckbare Transceiver-Module einsetzen. Das wird eine enorme Leistungsentfaltung direkt auf den Boards nach sich ziehen. Man rechnet mit einer Kapazität von 6,4 TBit/s (Terabit) pro Rack-Unit.

Außerdem werden mit der künftigen Übertragungstechnik sogenannte Embedded Waveguides auf und in optischen Boards bzw. Backplanes implementiert. Später sollen Interconnect-Chips und -Module hinzukommen. Langfristig wird die gesamte Datenkommunikation auf Hochleistungs-Boards auf optischer Basis ablaufen.

Daraus folgt, dass die optische Anschluss- und Verbindungstechnik insgesamt weiter an Bedeutung gewinnt.

50 Jahre Reichle & De-Massari

Die große Geschichte der kleinen Steckverbinder

* * Dr. Ying Hao... arbeitet als Entwicklungsingenieurin bei Reichle & De-Massari in Wetzikin, Schweiz.

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