Virtualisierungstopologien und Verkabelung
Hersteller von Ethernet-Switches bieten eine Fülle von Informationen zum Netzwerkdesign für virtualisierte Dienste. Unabhängig von der gewählten Topologie weisen die Verbindungsinfrastrukturen drei gemeinsame Merkmale auf:
• Die Verkabelung wird sich ändern.
• Die Verkabelung wird viele Computer-, Speicher- und Netzwerkverbindungsanlagen überdauern.
• Ausfälle der Netzwerkverkabelung in Rechenzentren können sich sogar auf virtualisierte Dienste auswirken.
Da virtualisierte Dienste ein Umdenken bei der Vernetzung von Rechenzentren erfordern, ist es hilfreich, die durch End-of-Row- und Top-of-Rack-Topologien entstehenden Kabelkategorien zu erkennen.Aktuell mag für einige Geräte-Switch-Verbindungen 1 Gigabit ausreichend sein, doch die zahlreichen Vorteile höherer Bitraten machen eine zukunftssichere Aufrüstung zu einer sinnvollen Investition. Die gute Nachricht: Es gibt viele Möglichkeiten, 10-Gigabit-Datenverkehr zu unterstützen. Tabelle 2 zeigt die gängigsten 10-Gigabit-Lösungen.
• Twinax: Twinax ist ein geschirmtes Kabel, das ursprünglich für InfiniBand-Speicher entwickelt wurde und hohe Bitraten über moderate Distanzen unterstützt. Bei längeren Verbindungen sind Twinax-Kabel teuer und weniger flexibel als verdrillte Kupferkabel. Das Twinax-SFP+-Kabel ist mit kompakten SFP+-Modulen anstelle der großen CX4-Stecker ausgestattet.
• Ungeschirmtes Cat-6-Twisted-Pair-Kabel: Das IEEE hat 2006 den 10GBASE-T-Standard für 10 Gigabit über Twisted-Pair-Kabel, einschließlich kürzerer Cat-6-UTP-Verbindungen, verabschiedet. 10GBASE-T erweitert die Standardisierung und die Kostensenkung von UTP auf bis zu 10 Gigabit. Es ist abwärtskompatibel zu Cat 5e/100 Mbit/s und unterstützt alle Ethernet-Funktionen. Cat-6-Patchkabel für Rack-Anwendungen sind vorkonfektioniert oder vor Ort konfektioniert erhältlich. Rackmontierte Cat-6-Kabel werden vor Ort konfektioniert.
• Ungeschirmtes verdrilltes Paar der Kategorie 6A: Das Upgrade auf Cat 6 wurde 2008 mit dem TIA-Standard 568-B.2-10 offiziell anerkannt. Dieser Standard spezifiziert die Kabelleistung bis 500 MHz und definiert Anforderungen an die Übersprechdämpfung. Kategorie-6A-Kabel sind dicker und teurer als Kategorie-6-Kabel, unterstützen aber 10-Gigabit-Datenübertragung bis zu 100 Metern. Einige Cat-6A-Kabel verfügen über eine Schirmung um jedes Adernpaar zur Reduzierung von Übersprechen. Cat-6A-Patchkabel sind vorkonfektioniert für die Montage vor Ort erhältlich. Cat-6A-Kabel für Rack-zu-Rack- oder Rechenzentrumsanwendungen werden vor Ort konfektioniert.
• Geschirmtes Twisted-Pair-Kabel der Kategorie 7: Obwohl es gemäß ISO/IEC 11801 korrekterweise als „Klasse F“ bezeichnet wird, ist Kategorie 7 STP älter als Cat 6A und wurde speziell für Anwendungen mit hohen Datenraten entwickelt. Cat 7 minimiert Übersprechen durch die metallische Abschirmung jedes Adernpaares und die Abschirmung des gesamten Kabels. Cat-7-Kabel sind die teuerste Lösung für verdrillte Kupferadern und erfordern einen zusätzlichen Installationsschritt für den Schirmanschluss. Die inhärente Störfestigkeit der Cat-7-Abschirmung bietet eine bessere Leistung als UTP und ist theoretisch zukunftssicherer. Cat-7-Kabel verwenden keine Standard-RJ-45-Stecker und müssen daher vor Ort konfektioniert werden.
• 10GBASE-SR: Dies ist eine gängige Glasfaseroption für Rechenzentren in Verbindung mit 850-nm-Multimode-Transceivern. 10GBASE-SR kann mit SFP+-Modulen implementiert werden, um Platz und Stromverbrauch der Steckverbinder zu sparen. Die maximale Übertragungsdistanz für 10GBASE-SR hängt von der verwendeten Faser ab. OM1- und OM2-Fasern unterstützen 10 Gigabit bis zu einer Entfernung von 80 Metern. Das neuere OM3-Kabel unterstützt 10 Gigabit bis zu einer Entfernung von 300 Metern.
• 10GBASE-LRM: LRM wurde für 10-Gigabit-Datenübertragung über Multimode-Fasern mit 1310-nm-Lasern für große Entfernungen entwickelt. Der IEEE-802.3aq-Standard wurde 2006 verabschiedet. Die Kabel sind Duplex-FDDI-Fasern mit SC- oder LC-Steckern. Patchkabel sind mit bereits montierten Steckern erhältlich; alternativ können die Stecker vor Ort gespleißt werden. Für Installationen über größere Entfernungen werden die Stecker ebenfalls vor Ort gespleißt.
• 10GBASE-LR: LR ist die gängigste Option und nutzt Singlemode-Fasern. Die Kabel sind Duplex-Fasern mit SC- oder LC-Steckern. Reichweite und Kosten stehen in direktem Zusammenhang, wodurch 10GBASE-LR-Module sehr teuer sind. Die zahlreichen neueren Alternativen machen 10GBASE-LR für virtualisierte Rechenzentren weniger attraktiv, aber für Campusnetzwerke bleibt es eine praktikable Option.
Der Aufstieg von 10GBASE-T:
Obwohl der 10GBASE-T-Standard bereits 2006 ratifiziert wurde, verzögerte sich die Markteinführung aufgrund von Problemen mit Dichte, Wärmeentwicklung und Stromverbrauch, die die Implementierung in Switches und Netzwerkkarten verlangsamten. Jüngste Fortschritte in der Siliziumtechnologie haben diese Probleme jedoch gelöst, und die Einführung von 10GBASE-T schreitet rasant voran.
Broadcom, ein Marktführer im Bereich Silizium-PHY, NIC und Switch-Netzwerke, begann Ende 2008 mit der Bereitstellung von 10GBASE-T-Lösungen. Heute bietet praktisch jeder Ethernet-Anbieter ein 10GBASE-T-fähiges Produkt an, darunter auch Cisco® Systems, das die Unterstützung von 10GBASE-T im Januar 2010 ankündigte. Serverhersteller werden voraussichtlich in Kürze 10GBASE-T-Motherboard-Schnittstellen einführen.
Da 10GBASE-T über CAT6/6A/7-Kupferkabel läuft, kann es in Rack-, Rack-zu-Rack- und Rechenzentrums-Anwendungen eingesetzt werden. 10GBASE-T zeichnet sich dadurch aus, dass es sowohl in Top-of-Rack- (ToR) als auch in End-of-Rack-Topologien (EoR) einwandfrei funktioniert. Es unterstützt die automatische Datenratenaushandlung und ermöglicht so eine schrittweise Migration auf 10-Gigabit-Geschwindigkeiten. Obwohl 10GBASE-T 1GBASE-T noch nicht als Standard für die Netzwerkanbindung in Rechenzentren abgelöst hat, machen seine Kosteneffizienz und Flexibilität es zu einem wahrscheinlichen Nachfolger.
Erfolgsgarantie: Referenzmodell und Zertifizierung für Kabeltests.
Topologie und Wirtschaftlichkeit sind die Hauptfaktoren für die Konnektivität, doch jede Option erfordert eine zuverlässige Verkabelungsinfrastruktur. Obwohl Kabel eine passive Technologie sind und Hersteller Garantien bieten, sollten Sie Folgendes beachten:
• Garantien laufen ab.
• Die Herstellergarantie deckt wahrscheinlich keine Installationskosten ab.
• Jeder Kabelausfall kann zu Serviceunterbrechungen führen.
• Die Behebung eines Problems ist immer teurer als dessen Vorbeugung.
Um die ordnungsgemäße Bereitstellung virtualisierter Dienste zu gewährleisten, muss die Verkabelungsinfrastruktur zertifizierten Tests unterzogen werden. Die Zertifizierung ist eine strenge Bewertung von Steckverbindern, Installation und Kabeln, die vor der Inbetriebnahme des Netzwerks durchgeführt wird. Die Ergebnisse der Zertifizierungstests werden mit Industriestandards verglichen, woraus für jede Verbindung eine Bewertung („Bestanden“ oder „Nicht bestanden“) resultiert. Eine zertifizierte Verbindung erfüllt die definierten Leistungsspezifikationen. Verbindungen, die die Zertifizierung nicht bestehen, werden repariert, in der Regel auf Kosten des Netzwerkanbieters oder -installateurs.
Die Zertifizierung konzentriert sich traditionell auf strukturierte Verkabelung, aber wenn eine Top-of-Rack-Topologie verwendet wird, können auch Patchkabel für die Verkabelung innerhalb des Racks einbezogen werden.
Kupferzertifizierung
• Twinax: Für Twinax-Kabel gibt es keinen Prüfstandard, daher können sie nicht offiziell zertifiziert werden.
Netzwerkbenutzer sind darauf angewiesen, sich auf die Herstellergarantie zu verlassen oder Twinax-Kabel als Wegwerfartikel zu betrachten.
• Ungeschirmte Twisted-Pair-Kabel (UTP): Die Cat-6/6AUTP-Zertifizierung erfolgt in zwei Testphasen: Kanaltest und Alien Crosstalk (ATX). Alle UTP-Kabel für Anwendungen innerhalb von Racks, Rack-zu-Rack-Verbindungen und Verbindungen zwischen Rechenzentren müssen einem Kanaltest unterzogen werden. Dieser Test zertifiziert dreizehn Parameter gemäß den Normen TIA/EIA-568-B und ISO 11801.
UTP-Kabel für Rack-zu-Rack- und Rechenzentrumsverbindungen müssen zusätzlich einem Alien-Crosstalk-Test unterzogen werden. Dieser Test ist stichprobenartig; die ISO/IEC-Normen empfehlen einen Test von 1 % oder 5 % der Verbindungen, je nachdem, welcher Wert höher ist. Der Alien-Crosstalk-Test stellt sicher, dass Übersprechen die Netzwerkleistung nicht beeinträchtigt. Bestehende Cat-6-Verkabelung mit einer Länge von bis zu 50 Metern kann gemäß den Kriterien des TIA Telecommunications Systems Bulletin (TSB) 155 für 10GBASE-T rezertifiziert werden.
• Geschirmtes Twisted-Pair-Kabel: Die Cat-7-Zertifizierung (auch Klasse F genannt) ist ein Kanaltest.
Die Norm ISO 11801 legt die Parametergrenzen und den Frequenzbereich für diesen Test fest. Da Cat-7-Kabel keine RJ-45-Stecker verwenden, muss das Kabeltestgerät einen Adapter enthalten, der mit den jeweiligen herstellerspezifischen Steckern kompatibel ist.
Der Aufbau zur Zertifizierung von Kupferverbindungen ist in Abbildung 6 dargestellt. Ein Zertifizierungstester und seine Remote-Einheit werden an beiden Enden der Verbindung angeschlossen, um alle Aspekte der Zertifizierung durchzuführen.
Es ist wichtig, die Ergebnisse des Zertifizierungstests zu dokumentieren. Ein umfassender, präziser und leicht verständlicher Bericht dient als Nachweis dafür, dass die Infrastruktur die von der Rechenzentrumsleitung vorgegebenen Standards und Spezifikationen erfüllt.
Ein Cat-6A-Zertifizierungstestbericht, der die Leistung der Verbindung für jeden Testparameter aufzeigt, ist oben dargestellt.
Glasfaserzertifizierung.
Die Basiszertifizierung (Level 1) von Glasfasern ist ein Dämpfungs-/Längentest, der mit einem optischen Dämpfungsmesssystem (OLTS) durchgeführt wird. Das OLTS misst die Dämpfung der Glasfaserverbindung und vergleicht sie mit einem Dämpfungsschwellenwert, der auf der Länge und Bandbreite basiert und durch die entsprechende Norm, wie z. B. TIA-568-C.0 (Generic Telecommunications Cabling for Customer Premises), festgelegt ist. Basierend auf diesen Messungen zeigt das OLTS ein Ergebnis (bestanden/nicht bestanden) für die Verbindung an. Dieser Test wird sowohl für Multimode- als auch für Singlemode-Fasern verwendet.
Ein detaillierter Ergebnisbericht ist für die Glasfaserzertifizierung unerlässlich, genau wie bei Kupferleitungen. Abbildung 9 zeigt ein Beispiel.
Wenn eine Glasfaserverbindung den Level-1-Test nicht besteht, muss ein optisches Zeitbereichsreflektometer (OTDR) eingesetzt werden, um die Problembereiche zu identifizieren. Ein OTDR ist ein einseitiges Diagnose- und Prüfgerät, das eine detaillierte Analyse jeder Komponente einer Glasfaserverbindung durchführt. Es sendet Lichtimpulse in die Faser und misst das reflektierte Licht. Anhand der relativen Intensität der zurückkehrenden Impulse wird die Dämpfung in Abhängigkeit von der Faserlänge dargestellt. Dies ermöglicht die Lokalisierung von Steckverbindern und Fehlern, die Messung der Dämpfung und die Bestimmung der Verbindungslänge.
Ein OTDR ist ein leistungsstarkes Werkzeug zur Zertifizierung von Glasfasern vor der Verwendung. Es bietet den Vorteil, die Dämpfung an jedem Stecker und entlang jedes Kabelsegments zu messen. Abbildung 10 zeigt eine OTDR-Messkurve der zu prüfenden Glasfaser.
Das Ergebnis „Bestanden“ bedeutet, dass diese Glasfaserverbindung die vorgegebenen Standards erfüllt. Wie bereits erwähnt, sind OTDR-Messkurven unerlässlich, um die Installationsqualität zu dokumentieren und bei Problemen mit der Glasfaser im Falle einer nicht bestandenen Dämpfungs-/Längenzertifizierung Fehler zu beheben.
Fazit:
Mit dem Fortschritt der Virtualisierung ergeben sich grundlegende Veränderungen in Rechenzentrumsnetzwerken, die unvermeidlich und in vielen Fällen wünschenswert sind. Um virtualisierten Ressourcen und Endnutzern zuverlässige Bandbreite bereitzustellen, wird im virtualisierten Rechenzentrum 10-Gigabit-Ethernet eingesetzt. Der Einsatz von 10-Gigabit-Ethernet ist wichtig, da er das Rechenzentrumsnetzwerk zukunftssicher macht und gleichzeitig die unmittelbare Kompatibilität mit virtualisierten Servern und Diensten gewährleistet.
10-Gigabit-Ethernet lässt sich über verschiedene Kupfer- und Glasfaserverbindungen realisieren. Der 10GBASE-T-Standard und das neuere Silizium-basierte 10GBASE-T ermöglichen kosteneffiziente 10-Gigabit-Ethernet-Implementierungen im gesamten virtualisierten Rechenzentrum. Unabhängig von der gewählten Layer-1-Technologie erfordert die Umstellung auf 10-Gigabit-Ethernet Weitsicht, detaillierte Planung sowie eine geeignete Test- und Fehlerbehebungsmethodik.
Fluke Networks zertifiziert 10-GbE-Kupfer- und Glasfaserverkabelungsinstallationen mit Broadcoms branchenführenden Rechenzentrumsnetzwerktechnologien.
Autorenbiografien
– David Veneski ist Leiter des Geschäftsbereichs Datenkommunikationsinstallation bei Fluke Networks. Er ist verantwortlich für Produktmanagement und Marketing aller Kupfer- und Glasfaser-Zertifizierungslösungen für Unternehmensnetzwerke. Zuvor war er im Marketing bei Cisco Systems, Apple® Computer und Motorola® tätig. David Veneski hat einen Bachelor-Abschluss vom Rensselaer Polytechnic Institute und einen Master-Abschluss von der University of Connecticut.
– Abhijit Aswath ist Senior Produktmanager bei Broadcom Corporation. Er ist verantwortlich für Produktmanagement und Marketing der gesamten Software für Hochgeschwindigkeits-Netzwerkcontroller. Er verfügt über umfassende Erfahrung in den Bereichen Speicher, Server und Halbleiter. Abhijit Aswath hat einen Bachelor-Abschluss in Computernetzwerken und einen Master-Abschluss in Betriebswirtschaftslehre von der North Carolina State University.
Autoren: David Veneski, Leiter des Geschäftsbereichs Datenkommunikationsinstallation bei Fluke Networks;
und Abhijit Aswath, Senior Produktmanager bei Broadcom Corporation
