Damit der 10G Ethernet Link hoch kommt und stabil steht – auch auf alten Multimode Fasern

Wir haben uns in den letzten Wochen der Problematik angenommen, dass in den vergangenen zwei Jahrzehnten viel Multimode-Faser in Gebäuden verlegt wurde. Damals kamen hauptsächlich OM1 (62,5/125) und OM2 (50/125) Fasern zum Einsatz. Soweit ist das kein Problem – jedoch wurden diese Fasern in den Netzplanungen für Geschwindigkeiten von 10 oder 100Mbit berücksichtigt. Auch der Umstieg auf 1G Ethernet stellte noch kein Problem dar. Nun aber steigen die Bandbreitenanforderungen an die Netze, v.a. die Anbindung der Access Switche wird mittlerweile immer öfter mit 10G Ethernet realisiert werden soll/muss. Hierbei gilt es jedoch zu beachten, dass auf OM1 Fasern die maximale Länge mit 10G Ethernet bei 33m und bei OM2 ganze 86m beträgt. Verinnerlicht man sich diese beiden Zahlen mal und mapped sie in Gedanken auf die Größe eines Gebäudes, so stellt man schnell fest, dass die Strecken oft länger als 100m sind. Das ist auch historisch bedingt, denn Glasfaser wurde noch vor 10 Jahren immer dann eingesetzt wenn die 90+10m für Cat5 nicht mehr ausreichten.

Fragt man nun Glasfaserkabelhersteller nach Lösungsvorschlägen, so ist die Antwort meist so einfach wie niederschmetternd: „Wenn Sie 10G auf einer Strecke mit 100m realisieren wollen, dann müssen Sie eine OM3 Faser oder besser (für den Kabelhersteller) eine OM4 Faser verlegen!“ Diese Aussagen wollten wir so nicht stehen lassen, denn der Aufwand eine neues Faser in einem Gebäude einzuziehen ist immens – ganz zu schweigen von den Kosten. Deswegen haben wir uns daran gesetzt und Tests mit diesen alten Fasern gemacht. Wir wollten herausfinden, ob man die 86m Schallmauer bei einer OM2 mit regulären Optiken durchbrechen kann – und – soviel vorweg: Ja, es geht!

Testaufbau:

24 x 50/125 Fasern zu verschieden Kaskaden zusammengespleißt

24 x 50/125 Fasern zu verschieden Kaskaden in einem Patchfeld zusammengespleißt und dann nach bedarf gepatched

Unser Testaufbau war recht einfach – die Beschaffung jedoch etwas umständlich. Wir haben ein 15 Jahre altes Installationskabel mit 24 Fasern und einer Gesamtlänge von 80m hergenommen und in verschiedenen Kaskaden zusammengespleißt (allgemein haben wir akribisch darauf geachtet, dass alle eingesetzten Komponenten alt sind bzw. die Stecker eine mechanische Alterung aufweisen). Jede Kaskade wurde mit einem SC Stecker versehen und das ganze auf ein Patchfeld gebracht. Somit hatten wir die Möglichkeit eine Multimodestrecke von 80 bis 1920m zu patchen. Auf diese unterschiedlichen Strecken haben wir dann ein definiertes 10G Signal gebracht – dieses wurde von einem 10G Signalgenerator erzeugt. Am anderen Ende lauschte ein 10G Bit Error Rate Tester (BERT) und verglich das gesendete Muster des Signal mit dem empfangenen Muster auf der Empfangsseite. In anderen Worten: ein typischer BERT. Wir haben dann in den 80m Kaskaden die Strecke kontinuierlich verlängert. Das haben wir soweit getrieben, bis wir eine Fehlerrate von 10-13 nicht mehr erreichen konnten (die 10-13 ist ein typischer BERT Wert für 10G Ethernet). Das Ergebnis überraschte uns selbst. Wir konnten auf einer Strecke von bis zu 640m bzw. 1700m einen stabilen 10G Ethernetlink realisieren.

Welche „anderen“ Komponenten kamen zum Einsatz?

In erster Linie haben wir zum Testen einen 10G XFP LR mit 1310nm und einem DFB Laser genommen. Das waren die 640m! Die 1700m wurden mit einem 10G XFP ER auf 1550nm erreicht. Weiterhin haben wir für die Einkopplung des Lasers ein Mode-Conditioning-Kabel verwendet.

Fazit: nicht immer der Kabel-Lobby glauben und sprecht uns für einen Test auf eurer Infrastruktur an.

Der gesamte Test wurde freundlicherweise von Dirk Spieß unterstützt – eine Koryphäe der passiven Glasfasertechnik. Er hat die Strecken gespleißt und einzeln mit seinem OTDR eingemessen!

Disclaimer: wir können nicht behaupten, dass dieser Aufbau für alle im Feld installierten Fasern gilt. Wir haben aber stets darauf geachtet, dass wie oben beschrieben, alle eingesetzten Komponenten (bis auf die Optiken) so alt wie möglich sind. Es wird durchaus Fälle geben bei denen die 640m nicht erreicht werden können. Aber einen Versuch ist es allemal wert, bevor man anfängt die Wände für eine neue Glasfaser aufzuklopfen!

Update: Vergangene Woche wurde ich zu einem Projekt dazu geholt, bei dem in 2010 eine 300m lange OM4 Faser verlegt worden ist – ganz frisch und schön mit dem OTDR eingemessen. Die Protokolle sahen auch gut aus. Allerdings war es nicht möglich mit den originalen 10G SR Optiken einen Link aufzubauen. Witziger weise sagt der OM4 Standard, dass bei 10G theoretisch 500m realisierbar sein sollten!
Den Kunden haben wir dann durch den Einsatz von unseren 10G LR Optiken erlöst. Der Link kam hoch und nach ca. 5 Monaten Stillstand auf der neuen Strecke, konnte nun zum ersten Mal Daten mit 10 Gigabit pro Sekunde fließen! (unter vorgehaltener Hand und leider nicht schriftlich hat der Hersteller der aktiven Komponenten mitgeteilt, dass normalerweise ab 250m den Einsatz von Singlemodefasern empfohlen werden!)

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Multimode OM3 oder gar OM4

OM3 und OM4 Faser

OM3 und OM4 Faser

Der Wiederbelebungsversuch einer “toten” Faser

Seit geraumer Zeit haben die Faserhersteller neue Gradientenfasern für Multimode entwickelt, die OM3 und OM4. Laut Spezifikation der TIA haben diese Fasern ein modale Bandbreite von 1500MHz (OM3) bzw. 3500MHz (OM4). Konkret heisst das für 10G Ethernet Anwendungen, dass nun mit einer OM3 Faser Übertragungsstecken von einer Länge von bis zu 300m (bei OM4 sind es 550m) möglich sind.

Das sieht soweit toll aus; Ist man nun etwas weitsichtiger und betrachtet die zukünftigen Entwicklungen in Richtung 40G oder 100G Ethernet, dann sieht man ganz schnell, dass die Fasern heute schon wieder an ihre Limits kommen. Beim IEEE 802.3ba 40/100GbE Standard spricht man vom 40G Base-SR4 (4 x 10G) und da redet man dann nur noch von 100m Streckenlänge bei einer OM3 Faser. Vergleichbar ist das mit der Problematik der im grossen Stil verbauten OM2 Faser.

Bei 1G Ethernet waren damals noch 550m die Begrenzung, wobei bei 10G Ethernet diese Distanz auf 86m zusammenschrumpfte. Das sind traumhafte Vorstellungen, wenn man sich nun den Faserherstellern anvertraut und in seinem neuen Gebäude eine OM3 Faser verbaut. Es ist abzusehen, dass man in ein paar Jahren wieder an diverse Probleme stößt – so wie heute bei 10G Ethernet Installation auf OM1 oder OM2 Fasern.
Jetzt könnte man denken, dass diese Längen die Einbußen fortlaufender Entwicklungen sind und wir uns damit abfinden müssen – getreu nach dem Motto “das ist halt so”. Glaubt man den Faserherstellern, dann trifft das auch zu. Aber schaut man etwas über den begrenzenden Tellerrad der Kabelverdriller, dann ist die Lösung eigentlich recht einfach:
Singlemodefasern haben in ihrem Jahrzehnte langen Bestehen gerade mal zwei entscheidende Sprünge vollzogen.

Von der G.652 – eine Faser die auf 1310nm optimiert ist und die neuere G.655 – optimiert für 1550nm. Bei den Übertragungslängen hat sich aber im Gegensatz zur Multimodefasern nichts geändert. 10km für 1G Ethernet sind heute Standard und 10km für 10G Ethernet sind auch heute Standard, ohne wenn und aber! Dazu kommt noch, dass die reine Singlemodefaser heute sogar günstiger ist wie die OM3 oder OM4 Fasern
(Grund: heutige Multimodefasern bestehen aus unterschiedlichen und mehreren Glassorten (Gradientenfaser). Dieser Sandwitch-Aufbau ist durch ein aufwendigen Prozess in der Faserherstellung möglich.). Die Spleisse und die notwendige Anschlusstechnik (Patchfelder, Kupplungen, Stecker) befinden sich auf dem selben Preisniveau. Das Einzige was bei der Singlemode-Technik heute noch teurer ist sind die Transceiver – hier kann man mit einer 30 bis 50% höheren Investition rechnen. Doch diese Mehrkosten holt man mit der günstigeren Singlemode-Faser wieder rein.

Nicht zu vergessen ist außerdem der Einsatz von “mehrfarbigem Licht” d.h. der parallelen Übertragung mehrere Datenströme mittels WDM (Wellenlängen-Multiplex). Der heute weitverbreitete Einsatz von CWDM oder DWDM Systemen ist nahezu ausschließlich auf Singlemode-Fasern möglich .. und der damit realisierbare Bandbreiten Zugewinn (16-30 fache Faser-Kapazität) beträchtlich.
Neben den ganzen direkten Kosten gibt es aber ein vernichtendes Argument gegen die Multimode-Faser. Die mögliche Unsicherheit, dass man in ein paar Jahren die heute verlegten OM3 Fasern wieder aus den Wänden klopft. Warum? Weil die installierten OM3 MMF einfach zu lang für wirkliches – ich meine damit serielles – 100G Ethernet sind. Und ich vermute mal dieser Schritt wird gerade von einige Unternehmen vollzogen, nämlich denjenigen die heute 10G Ethernet auf ihren 100m langen OM2 Fasern fahren wollen. Es gibt aber noch eine andere Lösung. Man überträgt einfach 10 x 1G über die OM2 Fasern und aggregiert die Signale. Die Kosten für beide Schritte werden hoch sein – da bin ich mir sicher.
Viel Spass beim Kabel legen wünscht die Multimode-Lobby

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