Black Box erklärt WDM (Wavelength Division Multiplexing)

Black Box erklärt WDM
(Wavelength Division Multiplexing)
Weil der Bedarf an Kommunikation immer grösser, die
Bandbreitenanforderungen immer
höher und die zu
überbrückenden Distanzen länger werden, gewinnt die Glasfaser
als Übertragungsmedium immer mehr an Bedeutung.
Grundsätzlich unterscheiden wir zwischen Multimode und
Singlemode Glasfaser. Während die Multimode Faser vor allem
für kürzere Strecken innerhalb von Gebäuden genutzt wird,
können mit Singlemode grosse Strecken überbrückt werden.
Entsprechende Transceiver erreichen mehr als 100 Kilometer.
Der Transceiver ist dabei das Element, das aus den elektrischen
Signalen optische Signale generiert. Moderne Transceiver sind in
Form von GBICs oder miniGBICs (auch SFP Small Form Factor
Plugable genannt) verfügbar.
Abb.1: miniGBIC
Leider bestand bei der Verlegung von Glasfaserleitungen oft nicht die Voraussicht,
ausreichend Reservefasern zu verlegen. Daher wird die Anzahl der Fasern zunehmend
knapp. Viele Unternehmen stehen heute vor der Frage, mehr Glasfaserleitungen zu
verlegen oder irgendwie die Ausnutzung der gegebenen Kapazitäten besser auszunutzen.
Die klassische Übertragungstechnik verwendet für eine Strecke 2 Fasern, sowohl bei
Multimode als auch bei Singlemode. Eine Faser wird für das Senden von A nach B (TX),
eine Faser für das Empfangen (RX für A, Senden-TX von B nach A) verwendet. Je nach
Übertragung wird eine bestimmte Wellenlänge genutzt, allerdings für beide Strecken
dieselbe. 100BaseFX, der Standard zur Übertragung von Fast Ethernet auf MultimodeGlasfaser, verwendet z.B. eine Wellenlänge von 1300nm. 1000BaseSX, der Standard für
Gigabit Ethernet auf Multimode-Glasfaser, nutzt 850nm. Jede Wellenlänge hat ihre
physikalischen Vor- und Nachteile, ist also besser für die eine oder andere Technik
geeignet. Manche Wellenlängen können gar nicht verwendet werden, da eine
Glasfaserleitung kein durchgängig verwendbares Spektrum zur Datenübertragung aufweist.
Speziell im Bereich von um die 1400nm bestehen Defizite, da sich bei der Produktion der
Glasfaser Wasser in der Faser ablagert. Dies führt zu inakzeptabler Dämpfung in diesem
Wellenlängenbereich. Den Begriff der Dämpfung wird Ihnen Black Box in der nächsten
Ausgabe von Black Box erklärt darlegen.
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Abb.2: Standard Glasfaserausführungen für die Ethernetstandards/Entfernungen
Geschwindigkeit
10 Mbit
10 Mbit
10 Mbit
Faser
Multimode 50/125
Multimode 62,5/125
Singlemode 9/125
Wellenlänge
850nm
850nm
1310nm
Standard
10BaseFL
10BaseFL
Distanz
2-5 km*
2-5 km
> 5 km
100 Mbit
100 Mbit
100 Mbit
Multimode 50/125
Multimode 62,5/125
Singlemode 9/125
1300nm
1300nm
1310nm**
100BaseFX
100BaseFX
2 km
2 km
> 2 km
1000 Mbit
1000 Mbit
1000 Mbit
1000 Mbit
Multimode 50/125
Multimode 62,5/125
Singlemode 9/125
Singlemode 9/125
850nm
850nm
1310nm
1550nm
1000BaseSX
1000BaseSX
1000BaseLX
1000BaseZX
550 m
220 m
5 km***
> 5 km
* Herstellerabhängig, Black Box Medienkonverter i.d.R. bis 5km
** Manche Geräte verwenden 1550nm für höhere Distanzen
*** Laut IEEE Norm, Black Box Medienkonverter können höhere Distanzen
Es mag manchen verwirren, dass für die WDM-Technik noch verschiedenste andere
Bezeichnungen und Abkürzungen verwendet werden. Egal ob von Single Strand Fiber
(SSF) oder Einfaseroptik die Rede ist, gemeint ist immer das, was wir Ihnen hier unter
WDM vorstellen.
Die WDM-Technik bietet nun eine Alternative zur Verlegung neuer zusätzlicher
Glasfaserleitungen. Anstatt zwei Fasern auf gleicher Wellenlänge für die Strecke zu nutzen
(eine Faser von A nach B und die zweite Faser B nach A), verwendet diese Technik nur eine
Faser mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen. Diese Wellenlängen werden so gewählt,
dass sich das Licht in der Faser nicht gegenseitig beeinflusst und damit in den Transceivern
wieder getrennt werden kann.
Als Standard hat sich die Verwendung der Wellenlängen 1310nm in die eine Richtung und
1550nm in die andere Richtung auf einer Faser durchgesetzt. WDM-Transceiver senden
daher entweder auf der einen oder anderen Wellenlänge.
Abb.3: Funktionsweise eines WDM-Transceiverpaars
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Beim Kauf eines WDM-Medienkonverters oder Transceivers (sog. SFP oder miniGBIC) ist
daher darauf zu achten, passende Pärchen zu verwenden.
Typischerweise ist bei WDM Transceivern und damit
aufgebauten Medienkonvertern, eine Angabe ähnlich
„1310TX/1550RX“ (Senden auf 1310nm und Empfangen
auf 1550nm) oder „1550TX/1310RX“ (Senden auf
1550nm und Empfangen auf 1310nm) zu finden. Für
eine funktionierende WDM-Strecke benötigen Sie je
einmal „1310TX/1550RX“ und einmal „1550TX/1310RX“.
Neueste WDM-Techniken gehen noch weiter. Die ITU (International Telecommunication
Union) hat ein Raster von Wellenlängen im Abstand von 20nm herausgegeben. Demzufolge
können acht verschiedene Wellenlängen auf einer Faser verwendet werden. Damit ist es
möglich, vier vollwertige Senden und Empfangen Datenpfade (z.B. Fast Ethernet) auf einer
Faser zu betreiben. Die Datenpfade sind dabei von einander getrennt, so dass kein
Datenverkehr von einem Pfad auf den anderen möglich ist.
Die Technik, auf Standard-Glasfaserleitungen mehrere Datenpfade mit 20nm Abstand zu
übertragen, wird mit dem Fachbegriff CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplex)
bezeichnet. Im Gegensatz dazu existiert auch das aufwendigere DWDM (Dense Wavelength
Division Multiplex) Verfahren. Hier ist der Abstand der einzelnen Signale sehr viel enger und
ermöglicht es heute, einige hundert Signale parallel zu übertragen. Für DWDM werden in die
Transceiver spezielle hochwertige Laser eingebaut, die höhere Bandbreiten und grössere
Reichweiten ermöglichen. Diese aufwendige und teure Technik kommt vor allem bei
interkontinentalen Verbindungen zum Einsatz.
Standard Transceiver im miniGBIC (SFP) Format wie sie auch in BLACK BOX Switchen und
Medienkonvertern zum Einsatz kommen, arbeiten nach CWDM.
Abb4: WDM Medienkonverter
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Bis vor kurzem war die WDM-Technik nur für Singlemode
Fasern realisierbar. Neueste Transceiver ermöglichen
nun auch WDM für Multimode. Black Box wird ab
September 2006 Medienkonverter von 10/100BaseTX
auf Multimode Einfaseroptik auf den Markt bringen.
Der LMC7030A ist dabei der Medienwandler für die eine
Seite (1310TX/1550RX) und der LMC7031A für die
andere Seite (1550TX/1310RX). Diese Geräte sind im
Design gehalten wie viele andere Black Box
Medienkonverter mit internem Netzteil (siehe Abbildung
4=auch Bild). Der Glasfaseranschluss erfolgt jeweils über
einen Simplex-SC. Varianten für 19“ Einbau oder
Hutschiene sind in modularer Form ebenfalls ab
September verfügbar.
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WDM Transceiver ermöglichen es Ihrem Netzwerk, weiter zu wachsen ohne neue
Glasfaserkabel verlegen zu müssen. WDM Transceiver ermöglichen Ihnen aber auch
zusätzliche Redundanzen oder mehr Bandbreite.
Praxisbeispiel:
Nehmen Sie ein Netzwerk, wie wir es heute in vielen Unternehmen sehen:
Die Glasfaserverbindung zwischen Verwaltung und Vertrieb sowie die Glasfaserverbindung
zwischen Verwaltung und Produktion verlaufen jeweils mit einer Bandbreite von 1 Gigabit/s.
Eine Redundanz ist nicht gegeben.
Produktion
LBG5803 Layer III 10/100/1000 SNMP Switch mit 4 miniGBIC Slots
Zwei Singlemode Glasfasern vom
Verwaltungsgebäude zur Produktion
1 Gigabit Bandbreite
Vertrieb
LBG5803 Layer III 10/100/1000 SNMP Switch mit 4 miniGBIC Slots
Zwei Singlemode Glasfasern vom
Verwaltungsgebäude zum Vertrieb
Verwaltung
LBG5803 Layer III 10/100/1000 SNMP Switch mit 4 miniGBIC Slots
Abb5: Unternehmensnetzwerk vorher
Bandbreite zwischen den Gebäuden: 1 Gigabit
Keine Redundanz -> Hochverfügbarkeit nicht gegeben
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Durch den Einsatz von WDM miniGBICs können Sie die zwei Glasfasern zur Vergrösserung
der Bandbreite verwenden. Jeder Switch erhält hierzu ein miniGBIC: LBG200C-BIDI1 und
ein miniGBIC LBG200C-BIDI2. Zum Zusammenschluss der Switches wird nun jeweils ein
LBG200C-BIDI1 mit einem LBG200C-BIDI2 auf einer Faser verbunden. Die Bandbreite hat
sich somit auf 2 Gigabit/s verdoppelt.
Abb6: Vereinfachte Darstellung einer WDM-Verbindung zwischen zwei Switches
Neben der Verdoppelung der Bandbreite können Sie auch die Sicherheit Ihres Netzwerkes
erhöhen. Fällt nun eine der beiden Fasern aus, bleibt die Netzwerkverbindung im Gegensatz
zur herkömmlichen Technik bestehen.
Produktion
LBG5803 Layer III 10/100/1000 SNMP Switch mit 4 miniGBIC Slots
Zwei Singlemode Glasfasern vom
Verwaltungsgebäude zur Produktion
Auf jeder Faser 1 Gigabit ->
insgesamt 2 Gigabit Bandbreite
Vertrieb
LBG5803 Layer III 10/100/1000 SNMP Switch mit 4 miniGBIC Slots
Zwei Singlemode Glasfasern vom
Verwaltungsgebäude zum Vertrieb
Verwaltung
LBG5803 Layer III 10/100/1000 SNMP Switch mit 4 miniGBIC Slots
Abb7: Unternehmen nachher, Bandbreite zwischen den Gebäuden: 2 Gigabit
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Produktion
LBG5803 Layer III 10/100/1000 SNMP Switch mit 4 miniGBIC Slots
Zwei Singlemode Glasfasern vom
Verwaltungsgebäude zur Produktion
Vertrieb
LBG5803 Layer III 10/100/1000 SNMP Switch mit 4 miniGBIC Slots
Zwei Singlemode Glasfasern vom
Verwaltungsgebäude zum Vertrieb
Verwaltung
LBG5803 Layer III 10/100/1000 SNMP Switch mit 4 miniGBIC Slots
Abb8:
Durchgepatchte Verbindung zur
Herstellung des Netzwerkringes
Weiterer Vorteil der WDM-Verbindung:
Erhöhte Redundanz für hochverfügbaren Netzwerkzugriff
Auch der Aufbau von redundanten Ringen ist möglich. Bitte beachten Sie, dass Ihre
Netzwerkhardware solche Topologien unterstützen. Der LBG5803AE unterstützt solche
Netzwerkstrukturen, die Ihnen sehr viel Ausfallsicherheit bieten.
Michael Wüst
Produktmanager Europa, Netzwerke
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