40-Gigabit-Ethernet: Eile mit Weile

Die Zeit des 40 Gigabit Ethernet ist längst angebrochen. Doch Unternehmen zögern noch mit der Einführung des potentiellen Markrenners 40-Gigabit-Ethernet.

Hardware für 40 GbE ist bereits verfügbar, doch Unternehmen zögern noch damit. Was muss geschehen, damit dieser...

Netzwerk-Standard zum Marktrenner wird?

Ob Sie es glauben oder nicht – die Ära von 40-Gigabit-Ethernet hat uns längst erreicht. Der Standard ist schon seit Längerem ratifiziert, und die entsprechenden Produkte sind auf dem Markt erhältlich. Aber einstweilen scheint 40-Gigabit-Ethernet Probleme damit zu haben, richtig in Gang zu kommen.

Weil Rechenzentren immer mehr zu einer Virtualisierung ihrer Server und Storage übergehen, sollte auch der Bedarf an schnelleren Netzwerk-Verbindungen steigen. Aber irgendetwas muss auf dem Weg vom 10-Gigabit-Ethernet zu 40 GbE passiert sein: IT-Abteilungen klammern sich an den Status quo und lassen sich mit der Aktualisierung ihrer Verbindungen Zeit.

Zu den Gründen für diese Verzögerung gehört die vorhandene Kabel-Infrastruktur, auf der diese schnelleren Ethernet-Switches in Netzwerken aufsetzen müssten. Auch die langsame Verbreitung von 10 GbE (die vorwiegend auf Servern stattfand) sowie ein hoher Bestand an Gigabit-Netzwerken auf Basis von Kupferkabeln spielen wohl eine Rolle.

Die Standards für 40 GbE liegen seit mehr als einem Jahr vor. Und es gibt inzwischen auch einige Router, Switches und Netzwerk-Karten, die diese Geschwindigkeit bieten. Hersteller wie zum Beispiel Cisco, Dell mit seiner Force10-Linie, Mellanox, Hewlett-Packard, Extreme Networks, Gnodal und Brocade bieten allesamt Hardware in diesem Segment an.

Der Preis pro 40-GbE-Port liegt normalerweise bei rund 2.500 US-Dollar – dem 500-fachen des Preises eines GbE-Ports. Der Gnodal GS0072 etwa, ein 40-GbE-Switch im Format 2U-high mit 72 Ports ist für – sage und schreibe – 180.000 Dollar erhältlich.

Das Analysehaus Gartner schätzt, dass derzeit nur rund ein Fünftel aller Netzwerk-Interfaces mit 10 Gigabit pro Sekunde betrieben werden und nur rund ein Prozent mit 40 GbE. Bei solch einem geringen Marktanteil für 40 GbE sollte sich dieser innerhalb der nächsten Jahre problemlos verdoppeln lassen.

Abschied von der Cat-6-Verkabelung

Bevor dies allerdings geschehen kann, muss erst einmal Eines geklärt werden: Wie sollen all diese 40-GbE-Ports verkabelt werden? Dies ist in der Tat die größte Problemstellung für Netzwerke mit 40 GbE. Ältere Ethernet-Versionen konnten mit Standard-Kupferverkabelung der Kategorie 6 (Cat 6) und RJ45-Steckern betrieben werden. Die gibt es schon seit Jahrzehnten, weshalb sie auch längst überall vorhanden sind. Im Fall von 40 GbE gilt dies leider nicht.

„Ich kenne kein Unternehmen, das derzeit 40 GbE einsetzt“, sagt Mike Fratto, Analyst bei Current Analysis. „Was die meisten Unternehmen davon abhält, ist die Notwendigkeit einer gänzlich neuen Verkabelung. Außerdem existiert im Moment kein einfacher Weg, im laufenden Betrieb darauf umzustellen.“

40 GbE benötigt ein Vierfach-Steckkabel mit kleinem Formfaktor oder kurz QSFP; dabei handelt es sich um einen kompakten Glasfaserstecker mit zwölf Glasfasersträngen. Das Kabel ist, anders als zweiadrige Glasfaser-Verbindungen, nicht „feldkonfektionierbar“, kann also nicht einfach von einem Techniker vor Ort zugeschnitten und angeschlossen werden. Leiter von Rechenzentren müssen deshalb im Voraus die Kabellängen ermitteln und individuell gefertigte Kabel bestellen. Diese sind dann bereits mit Steckern versehen, wenn sie geliefert werden (siehe „Wie 40-GbE-Kabel aussehen“).

„Sie haben keine Chance, die elektrischen und mechanischen Toleranzen beim manuellem Spleißen von zwölf einzelnen Glasfaser-Kontakten einzuhalten“, sagt Kevin Cooke, Manager für Architektur-Lösungen bei der Teracai Corporation, einem Value-added Reseller (VAR) mit Sitz im US-Bundesstaat New York. Er hat bereits einige 40-GbE-Netzwerke installiert. „Dies hat fundamentale Auswirkungen auf die Art, wie der Netzwerk-Projekte gesteuert werden. Sie können nicht einfach eine große Trommel mit Glasfaserkabel einkaufen und diese dann nach Bedarf zuschneiden und verlegen. Es bedeutet, dass Sie erheblich mehr Geld für vorgefertigte Kabel ausgeben müssen. Und die Kabellängen müssen überaus sorgfältig ermittelt werden.“

Abgesehen von diesen Herausforderungen bei der Verkabelung kann die Implementierung modernster Highspeed-Netzwerke auch sonst enorme Anforderungen an Netzwerk-Teams und  ihre Prozesse stellen.

„Auf längere Sicht gehört die Zukunft dem Ethernet mit höherer Geschwindigkeit“, sagt Mike Pusateri, frühere Technologie-Führungskraft bei Walt Disney Co. „Aber es ist kein Allheilmittel. Es reicht nicht aus einfach nur schnellere Hardware in Ihr Netzwerk zu stopfen, damit es schneller läuft.“

Während seiner Zeit bei Disney hatte Pusateri mit der Implementierung schnellerer Netzwerke zu kämpfen. Diese waren zum Bewegen gigantischer 250 GB großer Dateien vorgesehen. Nachdem Disney erstmalig 10 GbE in das Netz integriert hatte, lief das Netzwerk plötzlich langsamer. In der Folge deckten die IT-Mitarbeiter eine Vielzahl von Engpässen auf, die es zu lösen galt.

„Man stößt auf Probleme wie unausgereifte Treiber für Netzwerk-Karten. So etwas kann Ihr gesamtes System lahmlegen“, erzählt Pusateri. „Es ist in etwa so, als wenn Sie eine achtspurige Autobahn bauen, aber als Ausfahrten und Abzweigungen nur Schotterpisten zur Verfügung stehen. Solange Sie nicht konsequent alles modernisieren, werden Ihre Bemühungen nutzlos sein. Sie müssen das gesamte System betrachten und auch die Zusammenhänge verstehen.“

Server- und Storage-Virtualisierung weist den Weg

Allen Herausforderungen zum Trotz wird 40 GbE sicher eine Heimat in Rechenzentren finden, die eine hohe Dichte an virtualisierten Servern aufweisen. Man denke hierbei an Telefonie-Dienstleister oder Anbieter von Cloud-basierten Hosting-Lösungen, die Blade-Server einsetzen. Solche Organisationen verwenden Geräte wie UCS von Cisco, bei denen Dutzende virtueller Maschinen (VMs) in einer physischen Box laufen.

Prognose für 40-GbE-Ports

2011 - 7700
2012 - 225.000
2013 - 569.100
2016 - 5.273.200

Prognostizierte Anzahl von 40-GbE-Ports. Quelle: Dell'Oro Ethernet Switching Report, August 2012

„Virtualisierung war der wichtigste Treiber für den Umstieg auf 10 GbE. Man darf davon ausgehen, dass sie auch der wichtigste Faktor für den zukünftigen Umstieg auf 40 GbE sein wird“, sagt Eric Hanselman, Analyst der 451 Group. „Sobald Sie eine gewisse Dichte virtueller Maschinen pro Server erreichen, sind Sie gezwungen, auch eine entsprechende Netzwerk-Kapazität bereitzustellen.“

Gewiss wird der plötzliche Anstieg von Servern mit 10-GbE-Anschlüssen das eine oder andere Rechenzentrum in punkto Netzwerk-Technik zunächst überfordern. „Alle Server der neuesten Generation verfügen heute über eingebaute 10-GbE-Netzwerkanschlüsse“, erklärt Hanselman. „Dadurch hat sich die Preisdynamik auf Server-Seite verändert. Und obwohl immer mehr Geräte dieses Typs Eingang in Unternehmen finden, kann es vorkommen, dass die Netzwerk-Umgebungen dafür noch nicht bereit sind. Es kann passieren, dass die Server schneller modernisiert werden als die Kern-Infrastruktur des Netzwerks.“

Ein weiterer Trend, der einer Ausbreitung von 10 GbE und 40 GbE zuträglich sein wird, sind Storage Area Networks. Diese laufen – entweder auf Basis von InfiniBand oder Fibre Channel über Ethernet – bereits heute oft mit diesen Geschwindigkeiten. Eine Vielzahl hochperformanter Recheninstallationen verwenden InfiniBand, und es gibt Anstrengungen, dessen Performance zu steigern und die Geschwindigkeit zu erhöhen.

Internet-Hostinganbieter wie ProfitBricks.com verfügen außerdem über Backends mit extrem niedriger Netzwerk-Latenz, die ausschließlich auf InfiniBand laufen. Ein zukünftiger Wettbewerb auf Basis von 40 GbE ist hier absehbar – sobald Storage-Anbieter mit Anbindungen auf den Markt drängen, die eine niedrigere Latenzzeit haben.

Ebenso ist möglich, dass manche Manager von Rechenzentren 40 GbE zugunsten von 100 GbE gänzlich überspringen. „40 GbE ziehe ich erst für nächstes Jahr für unser internes SAN in Betracht. Wenn ich allerdings bereits heute investieren müsste, dann würde ich wahrscheinlich direkt auf 100 GbE wechseln“, schildert Tony Maro seine Situation. Er ist CIO von Evrichart, einem Unternehmen aus West Virginia, das sich mit der Verwaltung von Krankenakten befasst.

Der Top-of-Rack Uplink

Ein Weg zur Erreichung höherer Netzwerk-Geschwindigkeiten ist die Verwendung sogenannter Top-of-Rack Switches. Diese fassen nur die Server im darunter befindlichen Schaltschrank zusammen und sind über kurze Wege mit anderen Switches desselben Typs verbunden. Eine typische Konfiguration besteht hier heutzutage aus Gigabit-Verbindungen zu den einzelnen Servern und dann 10 GbE zum Kern jedes Racks. Dies wird gegenwärtig auf 10 GbE Server-Verbindungen und 40 GbE zum Kern aufgerüstet.

„Für die Zukunft erwarten wir eine aggressivere Zunahme von 40-GbE-Uplinks auf Basis von echten 40-GbE-Glasfaserverbindungen in den Rechenzentren“, schreibt die Dell’Oro Group in einem Bericht zum Thema Ethernet-Switches von diesem August. Über den Top-of-Rack-Ansatz lässt sich eine komplette Neuverkabelung des Rechenzentrums umgehen. Zudem erleichtert er die Verwendung vorgefertigter QSFP-Glasfaserkabel.

Teracai hat genau diese Methode für einen seiner Kunden aus dem öffentlichen Sektor gewählt. „Es war deutlich kostengünstiger, 40-GbE-Uplinks zwischen den Switches zu verwenden als mehrere 10 GbE-Uplinks“, berichtet Architekt Cooke. Der Kunde habe 16 Uplinks mit 10 GbE durch 4 mit 40 GbE ersetzt und so 750.000 Dollar an Steckverbindungen eingespart, ohne dass eine signifikante Verschlechterung der Netzwerk-Performance oder des Durchsatzes eingetreten sei.

Da immer mehr 40-GbE-Ausrüstung auf den Markt kommt, kann man davon ausgehen, dass diese Preisdifferenz weiter ansteigt. Es wird in Zukunft also noch kosteneffizienter sein, Uplinks zu bündeln. Viele Analysten prognostizieren, dass die Kosten für 40-GbE-Ausrüstung in der nächsten Zukunft auf deutlich weniger als das Vierfache des Preises von 10 GbE fallen werden – also etwa auf ein Niveau von ein paar hundert Dollar pro Port.

Sobald dies passiert, kann man davon ausgehen, dass die Verkäufe von 40 GbE und 100 GbE sprunghaft ansteigen. Bis dahin jedoch wird sich in Bezug auf Highspeed-Ethernet nicht viel ändern. Auch weiterhin dürfte es nur kleinste Schritte hin zu anspruchsvolleren Umgebungen geben.

„Wir erkennen dasselbe Muster wie seinerzeit im Fall von Gigabit-Ethernet“, sagt Fratto von Current Analysis. „Die schnellsten Netzwerke tauchen zuerst bei den größten Internet-Providern und bei den Schwergewichten im Bereich der Finanzapplikationen auf. Der Massenmarkt wird erst dann erschlossen, wenn die Technologie auf den Motherboards handelsüblicher Server mit ausgeliefert wird.“

Wie 40-GbE-Kabel aussehen

Abbildung 1: Ethernet Channel Layout nach IEEE 802.3 (Quelle: Cisco Systems Inc.)

Wenn Sie zwölf Glasfaserkontakte in einem 40 GbE-Konnektor viel finden, dann überlegen Sie einmal, wie viele erst für 100 GbE nötig sein werden. Highspeed-Netzwerke bringen einen sprunghaften Anstieg in der Komplexität der Verkabelung – ein Hemmnis für die Marktdurchdringung und auch einer der Hauptgründe dafür, dass IT-Abteilungen solange an Kupfer-Verbindungen festgehalten haben. Gut möglich ist auch, dass aktuelle Investitionen in Glasfaserkabel für die nächste Generation von Highspeed-Netzwerken nicht mehr ausreichen werden.

In ihrem Bericht schreibt die Dell'Oro Group: „Wir gehen davon aus, dass Kunden sich  40 GbE nicht etwa zuwenden werden, weil sie die ganze Bandbreite tatsächlich benötigen, sondern weil zwei 10-GbE-Ports ihnen nicht mehr ausreichen.” Allerdings wirkt diese Betrachtung etwas eigenwillig: Der Bericht ordnet auch alle QSFP-Ports mit Splitter-Kabeln zu vier 10-GbE-Ports als 40 GbE-Ports ein. Das höhere Tempo der neuen Ethernet-Technologie wird damit aber gar nicht genutzt.

Über den Autor:
David Strom verfügt über 25 Jahre Erfahrung als Experte für Netzwerk- und Internet-Technologie und hat eine Vielzahl von Artikeln und Vorträgen zu Themen wie VOIP, E-Mail, Cloud Computing und WiFi verfasst und gehalten.

Artikel wurde zuletzt im Januar 2013 aktualisiert

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