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Die (R)Evolution der Rechenzentren; Teil 18 100 GbE für Provider und für die Anbindung von Blade-Systemen

| Autor / Redakteur: Dr. Franz-Joachim Kauffels / Dipl.-Ing. (FH) Andreas Donner

Der Autor sieht zwei Bereiche, in denen 100 GbE zuerst Anwendung finden wird: In Provider-Bakbones und bei der Anbindung von vollgepackten Hochleistungs-Blade-Systemen. Das sind zwei Extreme des Netzwerkspektrums, aber genau hier geht die Post ab!

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Die Anbindung von Blade-Systemen an das Netz macht 100 GbE auch für Corporate Networks höchst interessant; Bild: Dr. Franz-Joachim Kauffels
Die Anbindung von Blade-Systemen an das Netz macht 100 GbE auch für Corporate Networks höchst interessant; Bild: Dr. Franz-Joachim Kauffels
( Archiv: Vogel Business Media )

Wie schon gesagt, wurde mit der Entwicklung der Varianten für Provider-Netze zwischen ein und zwei Jahren vor der Entwicklung der Varianten für Corporate Networks begonnen. Daher ist es kein Wunder, dass der erste fertige industriell verfügbare Adapter schon am 8.6.2009 von Juniper vorgestellt wurde. Besonders interessant an diesem Abschnitt ist, dass wir einen Blick in die innere Konstruktion eines integrierten Transceivers werfen können.

100 GBASE-LR4 parallele CWDM-Übertragung von 4 Lanes mit je 25 Gbit/s. auf einer Single Mode Faser um 1.300 nm herum bei einer Reichweite von 10 km. Diese Variante ist wegen der verfügbaren 30 Gbit/s. VCSELs sehr weit gediehen.

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100 GBASE-ER4 parallele CWDM-Übertragung von 4 Lanes mit je 25 Gbit/s. auf einer Single Mode Faser um 1.310 nm oder mit DWDM um 1.550 nm herum bei einer Reichweite von 40 km. Hier müssen zurzeit noch DFB-Laser benutzt werden, die Kosten sind entsprechend höher.

Die Abb. 1 zeigt das Prinzipschaltbild für die vierkanaligen CWDM-Varianten. Sie unterscheiden sich lediglich durch Art und Qualität der verwendeten Strahlungsquellen und Modulatoren, wobei im Bild die Edelversion mit SMF und SOA dargestellt ist.

Wie schon erwähnt sind die ER-Varianten die am weitesten gediehenen, weil sie auch am dringendsten benötigt werden. Die Werte auf den Tabellen zeigen aber sehr eindringlich, dass 100 G durchaus mit vertretbarem Aufwand machbar ist. Alle Varianten mit geringeren Distanzzielen haben natürlich weniger strenge Randbedingungen sodass man davon ausgehen kann, dass sie schnell zur Verfügung stehen, wenn sie wirklich gebraucht werden.

Anwendungsbeispiel für 100G: Anbindung von Blade-Systemen

Ich weiß, ich habe Ihre Geduld arg strapaziert und Sie stellen sich jetzt die quälende Frage: und was nutzt mir das jetzt in meinem Corporate Network?

Nun, gehen wir jetzt mal ganz praktisch an ein Beispiel. Sie rüsten das RZ auf und kaufen zu diesem Zweck Blade-Systeme, also z.B. IBM Blade Center, HP Blade System oder Cisco UCS. In jedes dieser Blade-Systeme stecken Sie acht Prozessor-Blades mit SR-IOV-Support und einer I/O-Rate von jeweils 2X10 GbE (Cisco bis zu 2X40 GbE). Folgen Sie jetzt dem Rat der Hersteller, machen Sie entweder übles Oversubscribing oder stecken in jedes Blade System acht 10 GbE-Karten. Sie wünschen Redundanz und stecken zu diesem Zweck noch mal acht 10 GbE-Karten dazu. VMware sagt Ihnen, dass für den reibungslosen Ablauf der Kommunikation der wandernden virtuellen Maschinen ein zusätzlicher Anschluss erforderlich ist, das gibt weitere zwei Karten. Außerdem fallen Ihnen noch zwei Karten für Sonderlocken ein, damit wir endlich auf 20 10 GbE-Karten kommen. Wir wollen an dieser Stelle hoffen, dass der Hersteller des Blade Systems daran gedacht hat, dass Sie so viele Steckplätze benötigen.

Hoher Stromverbrauch

Jede dieser 10 GbE-Karten benötigt 5 Watt. 20 Karten benötigen 100 W = 0,1 kW. Es gibt auch Karten, die mehr brauchen. Das Blade-System steht in einem Server-Raum. Wegen der Ineffizienz der Kühlung werden aus den 100 W mindestens 150 W. Das System läuft immer durch und verbraucht deshalb ca. 1.300 kWh pro Jahr.

Würden Sie jetzt den Prozessoren zusätzliche FC-Karten spendieren, kommen Sie locker auf 2.500 kWh pro Jahr. Es sei denn, Sie benutzen FCoE, dann bleibt es bei den 1.300 kWh. Ich weiß ja nicht, welchen Strompreis Sie haben, also rechnen Sie bitte selbst aus, was das kostet.

Jetzt haben wir aber erst die halbe Miete. Im Netzwerk benötigen wir ja auch noch die entsprechenden Schnittstellenkarten in den Switches. Die haben in etwa den gleichen Stromhunger wie die Karten in den Blade-Systemen, auch wenn sie zu Gruppen zusammengefasst sind, also z.B. einer 4 X 10 GbE-Karte.

In einem nichtkonvergierten Netz kommen Sie also bei Vollausbau der Blade-Systeme locker auf 5.000 kWh pro Jahr einzig und alleine für die Kommunikation.

Dieser Kartenwust ließe sich mit zwei 100 G-Karten an einem Server aufräumen, die im Falle der Integration des Speicherverkehrs eben eine zusätzliche Konvergenzfunktion benötigen, siehe Abb. 3

Man kann nach heutigem Kenntnisstand davon ausgehen, dass eine 100 G-Karte gegenüber einer 10 G-Karte höchstens das Vierfache des Stroms benötigt, also 20 W. Das bedeutet für das gesamte Blade-System 40 W ohne und 60 W mit Berücksichtigung der Raumkühlung. Das bedeutet aufs Jahr gesehen schlappe 525 kWh, das Gleiche noch mal auf der Switchebene ergibt rund 1.000 kWh.

Ohne jede weitere Änderung erreichen Sie also beim Umstieg von 10 G- auf 100 G-Technik eine Energieeinsparung von bis zu 80 Prozent!!! Selbst wenn Sie sonst keine Veranlassung für die Betrachtung von 100 G haben, das ist doch wirklich ein triftiger Grund.

Die Konzentration der Datenrate auf einer individuellen Verbindung zur generellen Senkung von Energieverbrauch und Gerätekosten. Das wissen die Provider schon längst, und die Betreiber von Corporate Networks können davon auch erheblich profitieren.

Jetzt wird der eine oder andere Leser sagen, dass da doch irgendwo ein Ungeheuer lauern muss, was diese schönen Überlegungen zunichte macht, wie z.B. sündhaft teure notwendige neue Glasfasern. Dem ist nicht so, die Fasern für die 100 G-Kommunikation sind für den Corporate-Network-Bereich die gleichen wie bei 10 G.

Der einzige Nachteil ist, dass Sie im Moment erst wenige 100 G-Adapter kaufen können, wohl aber schon 100 G-ready Switches.