Nachdem der Gigabit-Ethernet-Standard verabschiedet wurde, steht die nächste Normierung ins Haus: 10-Gigabit-Ethernet. Die Ideen sind bereits recht konkret und lassen die Fachwelt aufhorchen.

Seit Juni 1999 geht es beim 802-Komitee des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE 802) primär um die Standardisierung von 10-GBit-Ethernet. Einig ist man sich hinsichtlich des breiten Marktpotentials, denn sowohl der normale Netz- als auch der Internet-Verkehr lassen einen immensen Bedarf an Netzwerkbandbreiten erwarten.

Mit einem 10-GBit-802.3-Standard bietet Ethernet ausreichend Bandbreite für anspruchsvolles Multimedia, verteilte Prozesse, Bildverarbeitung, medizinische Anforderungen, CAD/CAM und Druckereiapplikationen im Netz.

Leistung für den LAN-Backbone

Das Ziel ist in erster Linie eine Leistungssteigerung im LAN-Backbone, bei der Server- und Gateway-Anbindung, bei der Switch-Aggregation, im WAN, MAN (Metropolitan Area Network), RAN (Regional Area Network) sowie im SAN (Storage Area Network). Veranschaulicht man sich die Bandbreite von 10 GBit pro Sekunde, sind die Dimensionen gewaltig. Unter idealen Bedingungen ließe sich beispielsweise eine 20 GByte große Festplatte in 16 Sekunden komplett übertragen, eine Plattenspeichereinheit mit 2 TByte Kapazität in 27 Minuten sichern, und die Bandbreite würde gleichfalls reichen, um mehr als 156 000 ISDN-Telefongespräche mit je 64 KBit pro Sekunde parallel über eine Verbindung zu übertragen.

Ein typisches Beispiel für den Bandbreitenzuwachs ist das LBNL (Lawrence Berkeley National Lab). Hier hat der Datenverkehr von 1990 bis 1998 um den Faktor 400 zugenommen, und man rechnet für die nächsten fünf Jahre mit einem weiteren Zuwachs um den Faktor 1000. Beim LBNL werden bereits dieses Jahr die ersten 10-GBit-Tests stattfinden. Allgemein werden Mitte 2000 die ersten Produktentwürfe und proprietären Lösungen erscheinen. Die breite Markteinführung ist für das erste Quartal 2001 zu erwarten, während man für Mitte bis Ende 2001 mit der Verabschiedung des IEEE-10-GBit-Standards selbst rechnet. Bisher haben sich über 55 Unternehmen dafür ausgesprochen, an der Standardisierung mitzuwirken. Damit ist bereits zum jetzigen Zeitpunkt eine breite Unterstützung gegeben.

Klärungsbedarf in Sachen Leistung

Noch nicht endgültig entschieden ist die genaue Geschwindigkeit des Netzwerks, hier gibt es zwei große konkurrierende Lager. Firmen aus dem klassischen LAN-Bereich plädieren für eine wie bisher übliche Verzehnfachung der Geschwindigkeit auf 10 GBit pro Sekunde. Erfahrungen mit der Bandbreitenskalierung sind durch den Sprung von 10 auf 100 beziehungsweise 1000 MBit pro Sekunde bereits vorhanden.

Das andere Lager besteht aus den Vertretern des WAN-Bereichs und möchte gerne die bestehende Technologie Sonet OC-192 mit 9,58 GBit pro Sekunde zur Vereinheitlichung auch als 10-GBit-Ethernet durchsetzen. Die Gründe sind offensichtlich, denn den Produzenten von WAN-Komponenten würde sich so ein neuer Markt eröffnen. Durch die Erfahrungen mit OC-192 wäre ein Entwicklungsvorsprung gegeben, der sich ohne großen Aufwand in bare Münze umsetzen ließe.

Momentan ist der Bedarf an derart hohen Durchsatzraten im WAN am größten. Beabsichtigt ist daher bei der Einführung eines einheitlichen Standards, diesen im WAN reifen zu lassen, bis sich der in zwei bis vier Jahren vorausgesagte Bedarf im MAN und LAN auch umsatzmäßig bemerkbar macht. Dann könnte man mit den erprobten WAN-Komponenten ohne größere zusätzliche Entwicklungen auch ein riesiges LAN-Marktsegment abdecken. Zwei getrennte Standards dagegen würden den Fortschritt bremsen, während man bei einer Einigung zum Beispiel ganze Server sogar direkt in ein verzweigtes WAN einbinden könnte.

Einigkeit bisher nur in Details

Welche der beiden Geschwindigkeiten das Rennen macht, ist noch nicht klar, aber die Entscheidung reduziert sich zumindest auf diese beiden Möglichkeiten. Abgesehen davon herrscht bei einigen anderen bedeutenden Ethernet-Eckwerten Einigkeit.

So soll 10-GBit-Ethernet zu den bisherigen 802.3-Standards kompatibel sein und sich am Vollduplex-Betrieb 802.3 MAC, angepasst an die höhere Transferrate, orientieren. Einen Halbduplex-Modus mit Kollisionen (CSMA/CD) dagegen wird es nicht mehr geben. Die Management Information Base (MIB) wird konsistent zu den 802.3-MIBs für die niedrigeren Transferraten erweitert, so dass es für sämtliche Managementprogramme eine durchgängige Lösung gibt, die alle Bandbreiten unterstützt.

Hinsichtlich der physikalischen Basis soll das 10-GBit-Ethernet die vorhandene Kabelinfrastruktur samt Punkt-zu-Punkt-Verbindungen unterstützen, ebenso die Link-Aggregation-Technologie, bei der mehrere physikalische Verbindungen zu einer logischen Einheit mit der akkumulierten Bandbreite zusammengefasst werden.

Übertragungsmedien, Kabelnormen

Kosten bei der Einführung von 10-GBit-Ethernet lassen sich sparen, indem man bereits vorhandene Glasfaserverbindungen nutzt. Die geeigneten Übertragungsmedien sind entsprechend der häufigsten Entfernungen vorgeschlagen (siehe Tabelle), wobei es sogar noch Ansätze für die Verwendung von Koaxial- und Twisted-Pair-Kabel gibt.

Ein besonderes Gewicht wird allerdings auf eine Multimode-Glasfaser mit 300 Metern Reichweite gelegt. Mit dieser Entfernung lassen sich gemäß der bisherigen Erfahrungen 90 Prozent der Anforderungen bei der Vernetzung von Firmen abdecken. Interessant ist, dass die Experten sich hier für die 50-µm-Multimode-Glasfaser als Alternative ausgesprochen haben, denn dieser Typ ist in Deutschland bereits heute sehr weit verbreitet. Während sich Multimode-Fasern bis maximal 15 Kilometer einsetzen lassen, werden ab fünf Kilometer auch Monomode-Fasern verwendet.

Ein wichtiger Kostenfaktor ist, dass mit zunehmender Länge auch die Ansprüche an den verwendeten Laser steigen. So lassen sich mit einem einfachen und preiswerten Fabry-Perot-Laser Strecken von fünf Kilometern überbrücken, bei 15 Kilometern benötigt man einen teureren, ungekühlten DFB-Laser, für Entfernungen von 50 Kilometer und mehr dagegen muss dieser Laser zusätzlich temperaturstabilisiert werden.

Kabelnormen

Kosten lassen sich abschätzen

Angesichts der aktuellen Glasfasertechnik stellen 10 GBit Bandbreite kein Problem dar, so dass sich bereits heute der Kostenaufwand gut abschätzen lässt. Zudem kann man auf Erfahrungen mit der OC-192-Technologie zurückgreifen.

So rechnet man bei einer entsprechenden Verbreitung von 10-GBit-Ethernet, also etwa ab 2004, mit den vierfachen Kosten des heutigen Gigabit-Ethernet, wobei dieser Faktor in den darauffolgenden Jahren auf 2,5 sinken dürfte.

Momentan wächst vor allem die Anzahl der verwendeten Gigabit-Ports stark an, doch bereits für 2005 rechnet man mit über fünf Millionen 10-Gigabit-Ports.

Modulationsverfahren

Hinsichtlich der Multimode-Modulationsverfahren werden die beiden Möglichkeiten WWDM/CWDM (Wide beziehungsweise Course Wavelength Division Multiplex) und MAS (Multilevel Analog Signaling) diskutiert. Bei CWDM beziehungsweise WWDM werden in derselben Faser Lichtsignale unterschiedlicher Wellenlängen übertragen und am Ende wieder in einzelne Kanäle aufgesplittet. So lässt sich das schnelle Signal in mehrere langsamere aufteilen und parallel übertragen, wobei sich die unterschiedlichen Wellenlängen nicht beeinflussen. Nutzt man beispielsweise vier Wellenlängen, sinkt die erforderliche Bandbreite in der Glasfaser von 10 auf 2,5 GBit pro Sekunde. Wählt man den jeweiligen Wellenlängenabstand groß genug, lassen sich zudem relativ preiswerte Glasfaser-Laser einsetzen.

Beim MAS-Verfahren werden die Daten analog übertragen, wozu man spezielle analog steuerbare Laser benötigt, die teuer sind. Bei diesem Verfahren werden mehrere Bit zu einem analogen Signalverlauf zusammengefasst. Man kann dann zwar nicht mehr die Bits einzeln ermitteln, aber die ursprüngliche Bitfolge anhand der Signalform. Diese Technik ist mit PRML (Partial Response Maximum Likelihood) bei der Datenaufzeichnung auf Festplatten vergleichbar. Auch bei MAS wird die Bandbreite auf etwa ein Viertel reduziert. Bei den Modulationsverfahren stehen T-Wave und PAM5 (Pulse-Amplituden-Modulation) zur Debatte, wobei letzteres den Vorteil hat, dass es bereits beim aktuellen Gigabit-Ethernet zum Einsatz kommt.

Über unterschiedliche Lichtfarben, also Wellenlängen, lassen sich mehrere Datenkanäle in einer Glasfaser übertragen.

Signalkodierung, Der Bedarf entscheidet

Nicht zu vernachlässigen ist die Signalkodierung zur Fehlervermeidung beziehungsweise zur Fehlererkennung. Gigabit-Ethernet nutzt den von IBM erfundenen und auch bei der Aufzeichnung auf Festplatten verwendeten 8B /10B-Code, bei dem für 8 Bit Daten 10 Bit übertragen werden müssen, so dass sich die Bruttobandbreite gegenüber den Nettodaten um 25 Prozent erhöht. Für das geplante 10-GBit-Ethernet benötigte man also eine Bandbreite von 12,5 GBit pro Sekunde.

Der Vorteil des 8B/10B-Code besteht darin, dass dieser gleichstrommäßig ausgeglichen ist, indem statistisch ebenso viele Nullen wie Einsen übertragen werden. Auch ist die Anzahl der maximal aufeinander folgenden Einsen und Nullen vorgegeben, so dass die hochfrequenten Schaltkreise nicht aus dem Takt kommen. Beim 16B/18B-Code dagegen liegt der Overhead nur bei 12,5 Prozent. Bei der heute bei Sonet verwendeten Verschlüsselung (Scrambled Coding) wächst die Datenmenge sogar nur um vier Prozent. Welche Kodierung endgültig zum Einsatz kommt, ist noch fraglich.

Der Bedarf entscheidet

Bei 10-GBit-Ethernet sind also noch viele Fragen zu klären, bis endlich ein einheitlicher Standard verabschiedet ist. Allerdings wird der Markt mit seinem wachsenden Bedarf die Entscheidung ebenso beschleunigen wie die 802.3-Gruppe selbst, die ja bereits auf einige erfolgreiche Standardisierungen im Netzwerkbereich und die damit gewonnenen Erfahrungen zurückblicken kann. Auf jeden Fall wird die neue Ethernet-Technik ATM-Verbindungen überflüssig machen. Dafür sorgt die Leistung und das einfachere Management.