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Migration zum 40-Gbit/s-Rechenzentrum mit
QSFP-BiDi-Technologie von Cisco
Übersicht
Als Folge der Konsolidierung von Rechenzentren, fortlaufender Servervirtualisierung und Anwendungen, die
schnellerer Datenübertragungsraten erfordern, ist ein Wechsel des Rechenzentrumsnetzwerks zu 10 Gbit/s
(Access Layer) bzw. 40 Gbit/s (Aggregation Layer) notwendig. 10- und 40-Gbit/s-Netzwerkgeräte mit hoher
Leistung und Dichte, z. B. Switches der Cisco Nexus® 9500- und 9300-Plattform, sind für diesen Übergang ab
sofort zu attraktiven Preisen erhältlich. Damit 40-Gbit/s-Verbindungen im Rechenzentrum unterstützt werden, ist
jedoch ein umfassender Ausbau der Kabelinfrastruktur erforderlich. Die dadurch entstehenden Kosten und Ausfälle
halten viele Betreiber von Rechenzentren von einer schnellen Migration zur 40-Gbit/s-Technologie ab. Cisco löst
dieses Problem mit seiner innovativen 40-Gbit/s-QSFP-BiDi-Technologie (Quad Small Form-Factor Pluggable
bidirektional), mit der die Glasfasermigration durch die Nutzung vorhandener 10-Gbit/s-Kabel für 40-Gbit/s-Geräte
ohne zusätzliche Kosten möglich ist.
In diesem Dokument wird der 40-Gbit/s-QSFP-BiDi-Transceiver von Cisco vorgestellt. Dazu werden die möglichen
Kosteneinsparungen bei der Migration zu 40 Gbit/s aufgezeigt.
Herausforderungen bisheriger 40-Gbit/s-Transceiver
Bisherige Transceiver mit kurzer Reichweite (SR) für 40-Gbit/s-Verbindungen im QSFP-Formfaktor (z. B. QSFP SR4
und QSFP CSR4) nutzen getrennte Sende- und Empfangsabschnitte mit je 4 parallelen Glasfasersträngen. Für eine
40-Gbit/s-Duplexverbindung sind 8 Glasfaserstränge erforderlich. Sowohl QSFP SR4 als auch QSFP CSR4 nutzen
MPO-12F-Anschlüsse (MPO 12-Glasfaser). Pro Verbindung werden also 4 Glasfaserstränge verschwendet.
Abbildung 1 zeigt die bisherigen 40-Gbit/s-QSFP-Lösungen mit kurzer Reichweite.
© 2013 Cisco und/oder Partnerunternehmen. Alle Rechte vorbehalten. Dieses Dokument enthält öffentliche Informationen von Cisco.
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Abbildung 1.
Konzept bisheriger 40-Gbit/s-Transceiver
Bei bisherigen QSFP-Transceivern ist für jede Direktverbindung zwischen zwei Geräten ein MPO-MPO-12F-Kabel
erforderlich. Bei einer strukturierten Verkabelung mit Patchfeldern und Glasfaser-Trunks sind für eine 40-Gbit/sVerbindung MPO-MPO-Glasfasern zwischen den Geräten und Patchfelder sowie 4 Duplex-Multimode-Glasfasern
(MMF) im Glasfaser-Trunk erforderlich.
In heutigen Rechenzentrumsnetzwerken ist die Glasfaserinfrastruktur des Aggregation Layers in der Regel für
10-Gbit/s-Verbindungen optimiert. Dabei werden entweder Direktverbindungen zwischen Geräten über
LC-LC-MMF unterstützt, oder die Geräte werden über LC-LC-Glasfasern mit Patchfeldern verbunden.
Pro 10-Gbit/s-Verbindung ist eine Duplex-MMF-Glasfaser im Glasfaser-Trunk vorhanden.
Für 40-Gbit/s-Verbindungen über herkömmliche 40-Gbit/s-Transceiver ist die Nutzung direkt verbundener LC-LCGlasfasern nicht möglich. Außerdem ist eine vier- bis sechsmal höhere Dichte in den Glasfaser-Trunks erforderlich,
um die Anforderungen einer 40-Gbit/s-Verbindung zu erfüllen. Diese Eigenschaften tragen zu den hohen Kosten
für die Migration von 10-Gbit/s-Verbindungen zu 40-Gbit/s-Verbindungen in bestehenden Rechenzentren bei.
Lösung mit 40-Gbit/s-QSFP-BiDi von Cisco
Der Cisco QSFP-BiDi-Transceiver bewältigt die Herausforderungen von Glasfaserinfrastrukturen, da er VollduplexDatenverkehr mit 40 Gbit/s über ein Duplex-MMF-Kabel mit LC-Anschlüssen übertragen kann. Bei 40-Gbit/sVerbindungen über den Cisco QSFP-BiDi-Transceiver können also vorhandene direkt verbundene 10-Gbit/s-Glasfasern
und der bestehende Glasfaser-Trunk genutzt werden, ohne dass neue Glasfasern installiert werden müssen.
Der Cisco QSFP-BiDi-Transceiver (QSFP-40G-SR-BD) ist ein optischer Transceiver mit kurzer Reichweite, bei
dem 40 Gbit/s über OM3- oder OM4-Duplex-MMF-Leitungen realisiert werden. Er ist MSA-konform. Abbildung 2
zeigt einen Cisco QSFP-BiDi-Transceiver.
Abbildung 2.
Cisco QSFP-BiDi-Transceiver (QSFP-40G-SR-BD)
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Der Cisco QSFP-BiDi-Transceiver verfügt über zwei 20-Gbit/s-Kanäle, auf denen Übertragung und Empfang
gleichzeitig auf zwei Wellenlängen über einen MMF-Strang erfolgen. Dadurch entsteht eine aggregierte 40-Gbit/sDuplexverbindung über eine Duplexglasfaser mit zwei MMF-Strängen. Der Cisco QSFP-BiDi-Transceiver nutzt
Duplex-LC-Anschlüsse. Die Reichweite der Verbindung beträgt bis zu 100 Meter (OM3-MMF) bzw. 125 Meter
(OM4-MMF). Die Teilenummer des Cisco QSFP-BiDi-Transceivers lautet QSFP-40G-SR-BD. Abbildung 3 zeigt
das technologische Konzept, das dem Cisco QSFP-BiDi-Transceiver zugrunde liegt. Produkte von Cisco, die
40-Gigabit-Ethernet-Schnittstellen unterstützen (z. B. die Switches der Cisco Nexus® Serie 9000) unterstützen
allgemein auch den QSFP-BiDi-Transceiver. Eine vollständige Liste der unterstützten Produkte finden Sie auf der
Produktseite zu den optischen 40-Gigabit-Transceivern unter
http://www.cisco.com/en/US/products/ps11708/index.html.
Abbildung 3.
Konzept des QSFP-BiDi-Transceivers
Einsparungen durch den Cisco QSFP-BiDi-Transceiver bei der Migration von 10 Gbit/s zu
40 Gbit/s
In diesem Abschnitt werden die Einsparungen durch den Einsatz des Cisco QSFP-BiDi-Transceivers für 40-Gbit/sVerbindungen in Rechenzentrumsnetzwerken anhand von verschiedenen Anwendungsbeispielen verdeutlicht. Die
Fallbeispiele zeigen, wie die finanziellen Hürden zur Migration und Erweiterung der bestehenden 10-Gbit/sVerkabelung zu einer 40-Gbit/s-Infrastruktur durch die QSFP-BiDi-Technologie von Cisco überwunden werden
können, um die höhere Datenrate im Netzwerk zu realisieren.
Anwendungsbeispiel 1: 288 40-Gbit/s-Verbindungen mit unstrukturierter Verkabelung
Bei einer unstrukturierten Verkabelung sind die Geräte über Glasfaserkabel direkt verbunden. Über solche
Direktverbindungen können Geräte im Rechenzentrum über kurze Entfernungen vernetzt werden. Wie in
Abbildung 4 gezeigt, können Direktverbindungen zwischen zwei 40-Gbit/s-Geräten über MMF-Kabel mit entweder
QSFP-SR4- oder QSFP-BiDi-Transceivern an beiden Enden hergestellt werden.
Abbildung 4.
40-Gbit/s-Direktverbindungen
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Der QSFP-SR4-Transceiver nutzt MPO-12F-Anschlüsse, der Cisco QSFP-BiDi-Transceiver dagegen LC-Anschlüsse.
Bisher wurden 10-Gbit/s-Verbindungen in der Regel über MMF-Kabel mit LC-Anschlüssen realisiert. Aus diesem
Grund können bei QSFP-SR4-Transceivern keine vorhandenen 10-Gbit/s-MMF-Kabel genutzt werden, da sich die
Anschlusstypen unterscheiden. Bei Cisco QSFP-BiDi-Transceivern können die Kabel dagegen weiter verwendet
werden, sodass die Migration von 10-Gbit/s-Direktverbindungen zu 40-Gbit/s-Direktverbindungen ohne zusätzliche
Kosten möglich ist.
In Tabelle 1 sind Kosten und Einsparungen bei der Migration von 288 bestehenden Direktverbindungen dargestellt.
Bei der Migration der 288 10-Gbit/s-Verbindungen zu 40-Gbit/s-Verbindungen mit Cisco QSFP-BiDi-Transceivern
entstehen keine zusätzlichen Kosten für Kabel. Im Vergleich zu QSFP-SR4-Transceivern sinken die Kosten mit Cisco
QSFP-BiDi-Transceivern um 100 Prozent, die Einsparungen betragen bis zu 290 US-Dollar pro 40-Gbit/s-Port.
Tabelle 1.
*
Migration bestehender 10-Gbit/s-Direktverbindungen zu 40-Gbit/s-Direktverbindungen
Kosten für Glasfaserkabel*
30 m
60 m
100 m
QSFP SR4 (288 x 12-Glasfaseranschlüsse) (USD)
32.058 USD
53.562 USD
83.412 USD
Cisco QSFP BiDi (288 x 2-Glasfaseranschlüsse)
(USD)
0 USD
0 USD
0 USD
Einsparungen (USD)
32.058 USD
53.562 USD
83.412 USD
Einsparungen pro 40-Gbit/s-Port (USD)
111 USD
186 USD
290 USD
Prozentuale Kostenreduzierung
100 %
100 %
100 %
Dieses Beispiel basiert auf geschätzten tatsächlichen Kosten für Kabel. Kosten für die Transceiver sind nicht enthalten.
Für den Fall, dass für die Migration oder Erweiterung des Rechenzentrums zusätzlich zur bestehenden
Kabelinfrastruktur 288 neue 40-Gbit/s-Direktverbindungen benötigt werden, sind in Tabelle 2 die Kosten und
Einsparungen bei 288 neuen Verbindungen über Cisco QSFP-BiDi- anstelle von QSFP-SR4-Transceivern
dargestellt. Mit Cisco QSFP-BiDi-Transceivern lassen sich die Kosten um bis zu 77 Prozent reduzieren und
Einsparungen von bis zu 221 US-Dollar pro 40-Gbit/s-Port erzielen.
Tabelle 2.
*
Neue Bereitstellung von 40-Gbit/s-Direktverbindungen
Kosten für Glasfaserkabel*
30 m
60 m
100 m
QSFP SR4 (288 x 12-Glasfaseranschlüsse) (USD)
32.058 USD
53.562 USD
83.412 USD
Cisco QSFP BiDi (288 x 2-Glasfaseranschlüsse)
(USD)
7.884 USD
12.966 USD
19.647 USD
Einsparungen (USD)
24.174 USD
40.599 USD
63.765 USD
Einsparungen pro 40-Gbit/s-Port (USD)
84 USD
141 USD
221 USD
Prozentuale Kostenreduzierung
75%
76 %
77 %
Dieses Beispiel basiert auf geschätzten tatsächlichen Kosten.
Anwendungsbeispiel 2: 384 40-Gbit/s-Verbindungen mit strukturierter Verkabelung
Eine strukturierte Verkabelung wird im Allgemeinen bereitgestellt, um eine flexible und skalierbare Infrastruktur in
Rechenzentren zu erhalten. Bei strukturierten Verkabelungen werden die Geräte über kurze Patchkabel mit einem
Patchfeld verbunden. Die Kabel werden in Glasfaser-Trunks entweder für weitere Verbindungen zentral
konsolidiert oder zu einem weiteren Patchfeld geführt, mit dem Remote-Geräte verbunden sind. Abbildung 5 zeigt
ein einfaches Beispiel für eine strukturierte 10-Gbit/s-Verkabelung.
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Abbildung 5.
Einfaches Beispiel einer strukturierten 10-Gbit/s-Verkabelung
Zur Migration eines Rechenzentrums mit strukturierter 10-Gbit/s-Verkabelung mit QSFP-BiDi-Technologie von
Cisco kann die bestehende Verkabelung (einschließlich Patchkabeln, Patchfeldern mit MTP/MPO-LC-Modulen und
Glasfaser-Trunks) auch für 40-Gbit/s-Verbindungen genutzt werden. Für QSFP-SR4-Transceiver sind dagegen
neue Patchkabel und Patchfelder erforderlich, da sich die Anschlusstypen unterscheiden und die Größe des
Glasfaser-Trunks vervierfacht werden muss.
In diesem Fallbeispiel wird ein einfaches blockierungsfreies Fabric-Design mit zwei Ebenen untersucht
(Abbildung 6), das über 1536 10-Gbit/s-Edge-Ports auf dem Leaf-Layer verfügt. Das Spine-Layer besteht aus zwei
Switches der Cisco Nexus Serie 9508. Das Leaf-Layer setzt sich aus 32 Switches der Cisco Nexus Serie 9396PX
mit je sechs 40-Gbit/s-Verbindungen zu den Switches der Cisco Nexus Serie 9508 auf dem Spine-Layer
zusammen. Insgesamt sind 384 40-Gbit/s-Verbindungen zwischen Leaf- und Spine-Layer vorhanden.
Abbildung 6.
Beispiel für ein Netzwerk mit zwei Ebenen
Wenn dieses Netzwerk aus 384 10-Gbit/s-Verbindungen aufgebaut wird, entstehen keine zusätzlichen
Kabelkosten, sofern für alle 40-Gbit/s-Verbindungen Cisco QSFP-BiDi-Transceiver zum Einsatz kommen. Somit
ermöglicht dieses Szenario eine Kosteneinsparung von 100 Prozent im Vergleich zum Neuaufbau der Verkabelung
mit QSFP-SR4-Transceivern, einschließlich Kosten für neue Patchkabel, neue Patchfelder und Erweiterung des
bestehenden Glasfaser-Trunks.
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Wenn die bestehende Verkabelung in diesem Netzwerk erweitert werden soll, können die 384 40-Gbit/sVerbindungen über MMF-Kabel und QSFP-SR4-Transceiver oder QSFP-BiDi-Transceiver hergestellt werden. Die
Abbildungen 7 und 8 zeigen jeweils ein Beispiel für diese beiden Optionen. In den Tabellen 3 und 4 sind die
geschätzten tatsächlichen Kosten für beide Designs dargestellt. Die Kosten werden pro 40-Gbit/s-Verbindung
bestimmt und anschließend auf 384 40-Gbit/s-Verbindungen hochgerechnet. Wie aus den Tabellen hervorgeht,
beträgt die Kosteneinsparung mit Cisco QSFP-BiDi-Transceivern etwa 76 Prozent gegenüber QSFP-SR4Transceivern. Dies entspricht 1.717 US-Dollar pro 40-Gbit/s-Verbindung.
Abbildung 7.
Tabelle 3.
Strukturierte 40-Gbit/s-Verkabelung mit QSFP-SR4-Transceivern
Kosten einer strukturierten 40-Gbit/s-Verkabelung mit QSFP-SR4-Transceivern
Strukturierte 40-Gbit/s-Verkabelung mit QSFP-SR4-Transceivern
Einheitspreis
(Listenpreis des
Herstellers in USD)
Anzahl
Erweiterter Preis
(Listenpreis des
Herstellers in USD)
1.844 USD
0,67
1.229 USD
12-Glasfaser-MPO-MPO-Trunk-Modul
525 USD
0,67
350 USD
12-Glasfaser-MPO-Jumper
340 USD
2,00
680 USD
12-Glasfaser-MPO-MPO-Trunk-Verkabelung (90 m)
(nur 8 Glasfasern für QSFP SR4 erforderlich)
Anteiliger Glasfaserpreis pro 40-Gbit/s-Verbindung
(100 m)
2.259 USD
Hochgerechneter Glasfaserpreis für 384 40-Gbit/sVerbindungen (100 m)
867.500 USD
Abbildung 8.
Tabelle 4.
Strukturierte 40-Gbit/s-Verkabelung mit QSFP-BiDi-Transceivern
Kosten einer strukturierten 40-Gbit/s-Verkabelung mit QSFP-BiDi-Transceivern
Strukturierte 40-Gbit/s-Verkabelung mit QSFP-BiDi-Transceivern
Einheitspreis
(Listenpreis des
Herstellers in USD)
Anzahl
Erweiterter Preis
(Listenpreis des
Herstellers in USD)
1.844 USD
0,17
307 USD
12-Glasfaser-MPO-LC-Trunk-Modul
525 USD
0,17
88 USD
12-Glasfaser-LC-Jumper
75 USD
2,00
150 USD
12-Glasfaser-MPO-MPO-Trunk-Verkabelung (90 m)
(nur 2 Glasfasern für QSFP BiDi erforderlich)
Anteiliger Glasfaserpreis pro 40-Gigabit-Ethernet-Verbindung
(100 m)
545 USD
Hochgerechneter Glasfaserpreis pro 40-Gigabit-EthernetVerbindung (100 m)
209.300 USD
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Fazit
Durch die QSFP-BiDi-Technologie von Cisco fallen die finanziellen Hürden bei der Migration bestehender
10-Gbit/s-Verkabelung zu einer 40-Gbit/s-Infrastruktur im Rechenzentrum weg. Mit Cisco QSFP-BiDi-Transceivern
können 40-Gbit/s-Verbindungen erheblich einfacher und kostengünstiger als mit anderen 40-Gbit/s-QSFPTransceivern realisiert werden. Cisco QSFP-BiDi-Transceiver ermöglichen es Unternehmen, ihre bestehende
10-Gbit/s-Verkabelung ohne zusätzliche Kosten auf 40 Gbit/s umzustellen und ihre Infrastruktur mit geringen
Kapitalinvestitionen zu erweitern. In Verbindung mit den Switches der Cisco Nexus Serie 9000, die zu attraktiven
Preisen erhältlich sind, ist die QSFP-BiDi-Technologie von Cisco eine kostengünstige Lösung für die Migration
einer 10-Gbit/s- zu einer 40-Gbit/s-Infrastruktur.
Weitere Informationen
Weitere Informationen zu 40-Gbit/s-BiDi-Transceivern von Cisco finden Sie unter
http://www.cisco.com/en/US/products/ps11708/index.html.
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