Ethernet/Typ/10Gbit

10-Gbit/s-Ethernet

Der 10-Gbit/s-Ethernet-Standard (kurz: 10GbE, 10GigE oder 10GE) bringt zehn unterschiedliche Übertragungstechniken, acht für Glasfaserkabel und zwei für Kupferkabel mit sich. 10-Gbit/s-Ethernet wird für LAN, MAN und WAN verwendet.

• Der Standard für die Glasfaserübertragung heißt IEEE 802.3ae, die Standards für Kupfer sind IEEE 802.3ak und IEEE 802.3an.

Glasfaser

Multimode

• 10GBASE-SR überbrückt kurze Strecken über Multimode-Fasern, dabei wird langwelliges Licht mit einer Wellenlänge von 850 nm verwendet.
• Die Reichweite ist dabei abhängig vom Kabeltyp, so reichen 62,5 µm „FDDI-grade“ Fasern bis zu 26 m,
• 10GBASE-LRM verwendet eine Wellenlänge von 1310 nm, um über alle klassischen Multimode-Fasern (62,5 µm Fiber „FDDI-grade“, 62,5 µm/OM1, 50 µm/OM2, 50 µm/OM3) eine Distanz von bis zu 220 m zu überbrücken.
• 10GBASE-LX4 (Clause 53) nutzt Wellenlängenmultiplexierung, um Reichweiten zwischen 240 m und 300 m über die Multimode-Fasern OM1, OM2 und OM3 oder 10 km über Singlemode-Faser zu ermöglichen. Hierbei wird gleichzeitig auf den Wellenlängen 1275, 1300, 1325 und 1350 nm übertragen.

Singlemode

• 10GBASE-LW4 überträgt mit Hilfe von Singlemode-Fasern Licht der Wellenlänge 1310 nm über Distanzen bis zu 10 km.
• 10GBASE-LR verwendet eine Wellenlänge von 1310 nm, um über Singlemode-Fasern eine Distanz von bis zu 10 km zu überbrücken.
• 10GBASE-ER benutzt wie 10GBASE-LR Singlemode-Fasern zur Übertragung, jedoch bei einer Wellenlänge von 1550 nm, was die Reichweite auf bis zu 40 km erhöht.
• Da 10GBASE-ER mit dieser Wellenlänge die seltene Eigenschaft besitzt, kompatibel zu CWDM-Infrastrukturen zu sein, vermeidet er den Austausch der bestehenden Technik durch DWDM-Optik.

OC-192 – STM-64

• Die Standards 10GBASE-SW, 10GBASE-LW und 10GBASE-EW benutzen einen zusätzlichen WAN-Phy, um mit OC-192- (SONET) bzw. STM-64-Equipment (SDH) zusammenarbeiten zu können.
• Der Physical Layer entspricht dabei 10GBASE-SR bzw. 10GBASE-LR bzw. 10GBASE-ER, benutzen also auch die gleichen Fasertypen und erreichen die gleichen Reichweiten.
• Zu 10GBASE-LX4 gibt es keine entsprechende Variante mit zusätzlichem WAN-Phy.

Im LAN erreichen bedingt durch die Verfügbarkeit der Produkte die Standards 10GBASE-SR und 10GBASE-LR eine steigende Verbreitung.

Kupfer

Der Vorteil von Kupferverkabelung gegenüber Glasfasersystemen liegt in der schnelleren Konfektionierung und der unterschiedlichen Nutzbarkeit der Verkabelung (viele Anwendungen über ein Kabel).

• Darüber hinaus ist die Langlebigkeit von Kupfersystemen nach wie vor höher als bei Glasfasersystemen (Ausbrennen und Verschleiß der LEDs/Laser) und die Kosten bei zusätzlich notwendiger (teurer) Elektronik.

10GBASE-CX4

10GBASE-CX4 nutzt doppelt-twinaxiale Kupferkabel (wie InfiniBand), die eine maximale Länge von 15 m haben dürfen.

• Dieser Standard war lange der einzige für Kupferverkabelung mit 10 Gbit/s, verliert allerdings zunehmend an Bedeutung durch 10GBASE-T, das zu den langsameren Standards abwärtskompatibel ist und bereits vorhandene Verkabelung nutzen kann.

10GBASE-T

10GBASE-T verwendet wie schon 1000BASE-T vier Paare aus verdrillten Doppeladern.

• Die dafür verwendete strukturierte Verkabelung wird im globalen Standard ISO/IEC 11801 sowie in TIA-568A/B beschrieben.
• Die zulässige Linklänge ist vom eingesetzten Verkabelungstyp abhängig: Um die angestrebte Linklänge von 100 m zu erreichen, sind die Anforderungen von CAT-6a/7 zu erfüllen.
• Mit den für 1000BASE-T eingesetzten CAT-5-Kabeln (Cat-5e) ist nur die halbe Linklänge erreichbar.
• Der Standard ist in 802.3an beschrieben und wurde Mitte 2006 verabschiedet.

Bei der Übertragung wird der Datenstrom auf die vier Aderpaare aufgeteilt, so dass auf jedem Aderpaar jeweils 2,5 Gbit/s in Senderichtung und in Empfangsrichtung übertragen werden.

• Wie bei 1000BASE-T wird also jedes Aderpaar im Vollduplex-Betrieb genutzt.
• Zur Codierung werden die Modulationsverfahren 128-DSQ (eine Art doppeltes 64QAM) und schließlich PAM16 verwendet, wodurch die Nyquistfrequenz auf 417 MHz reduziert wird.

Durch die hohe Signalrate mussten verschiedene Vorkehrungen getroffen werden, um die Übertragungssicherheit zu gewährleisten.

• Störungen innerhalb des Kabels werden passiv durch einen Kreuzsteg im Kabel vermindert, der für Abstand zwischen den Aderpaaren sorgt.
• Zusätzlich werden in den aktiven Komponenten digitale Signalprozessoren verwendet, um die Störungen herauszurechnen.

So genanntes Fremdübersprechen (Alien Crosstalk), also das Nebensprechen benachbarter, über längere Strecken eng gebündelter, ungeschirmter Kabel, kann auf diese Weise jedoch nicht verhindert werden.

• Deshalb sind in den Normen Kabel der Kategorie Cat 6_A (Klasse E_A) vorgesehen.
• Diese sind entweder geschirmt oder unterdrücken anderweitig (z. B. 
• durch dickeren oder speziell geformten Mantel) das Fremdübersprechen ausreichend.
• Ungeschirmte Cat 6 Kabel (Klasse E) erreichen bei enger Bündelung (und nur dann) nicht die üblichen 100 m Leitungslänge.
• Zum anderen ist ein Mindestabstand der Steckverbindungen zueinander einzuhalten.

10GBASE-T ist eingeschränkt auch über Cat 5e Kabel möglich, siehe Tabelle mit Leitungslängen.

Converged 10 GbE

Converged 10 GbE ist ein Standard für Netzwerke bei denen 10 GbE und 10 GbFC verschmolzen sind.

• Zum Converged-Ansatz gehört auch das neue Fibre Channel over Ethernet (FCoE).
• Das sind FC-Pakete, die in Ethernet gekapselt sind und für die dann ebenfalls die Converged Ethernet-Topologie genutzt werden kann; z. B. sind dann entsprechend aktualisierte Switches (wegen Paketgrößen) transparent für FC- und iSCSI-Storage sowie für das LAN nutzbar.