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Definition Was ist 400GbE (400GBASE)?

400GBASE-Ethernet gehört mit seiner Geschwindigkeit von 400 Gbit/s zu den so genannten Terabit-Ethernet-Standards. Der Standard ist größtenteils in der 2017 veröffentlichten Spezifikation IEEE 802.3bs definiert. Die Übertragung ist über verschiedene Arten und Anzahlen von Glasfaserleitungen über unterschiedliche Entfernungen möglich. Hauptanwendungsbereiche sind breitbandige Netzwerkverbindungen in Rechenzentren.

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Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
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(Bild: © aga7ta - stock.adobe.com)

Alternative Bezeichnungen für 400GBASE sind 400G oder 400GbE. Es handelt sich um einen Ethernet-Standard, der Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 400 Gigabit pro Sekunde ermöglicht. 400G gehört zu den so genannten Terabit-Ethernet-Standards. Unter diese Klasse fallen alle Ethernet-Standards mit Geschwindigkeiten größer als 100 Gigabit pro Sekunde.

Entwickelt wurde 400GbE von der IEEE 802.3bs Task Force. Im Jahr 2017 wurde der Standard IEEE 802.3bs offiziell veröffentlicht. 400G setzt in technischen Teilbereichen auf dem älteren 100G-Ethernet (100GBASE, 100GbE) auf. Unterscheidungsmerkmale sind die Verwendung des PAM4-Kodierungsverfahrens und bis zu 50 und 100 Gbit/s schnelle Kanäle.

Spezifiziert ist 400-Gigabit-Ethernet ausschließlich für Glasfaserleitungen. Es werden verschiedene Arten und Anzahlen von Glasfaserleitungen über unterschiedliche Entfernungen unterstützt. Die Anschlüsse für 400GbE lassen sich über Transceiver mit unterschiedlichen Formfaktoren und Eigenschaften herstellen. Typische Anwendungsbereiche der 400G-Technik sind breitbandige Verbindungen in Rechenzentren. Im Endgerätebereich kommt der schnelle Ethernet-Standard nicht zum Einsatz. Weitere Terabit-Ethernet-Standards, die der 400G-Technik in den nächsten Jahren folgen sollen, werden Geschwindigkeiten von 800 Gbit/s und 1,6 Tbit/s erreichen.

400G-Ethernet für verschiedene Glasfasertypen und Längen

400G-Ethernet eignet sich für Glasfaserverbindungen mit verschiedenen Eigenschaften und Parametern. Je nach Spezifikation unterscheiden sich der Glasfasertyp (Singlemode oder Multimode), die Anzahl der benötigten Fasern, die verwendeten Kanalbandbreiten und die maximal überbrückbaren Entfernungen. Die wichtigsten im 802.3bs-Projekt erarbeiteten Spezifikationen sind:

  • 400GBASE-FR8 (Clause 122)
  • 400GBASE-LR8 (Clause 122)
  • 400GBASE-SR16 (Clause 123)
  • 400GBASE-DR4 (Clause 124)

Im Folgenden ein kurzer Überblick über die wichtigsten technischen Parameter und Merkmale dieser Spezifikationen.

400GBASE-FR8 (Clause 122)

Datenübertragung über eine maximale Entfernung von zwei Kilometern. Verwendet werden für jede Richtung eine Singlemode-Faser mit je acht parallelen Wellenlängen und jeweils 50 Gbit/s Übertragungsgeschwindigkeit. Zum Einsatz kommt CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing).

400GBASE-LR8 (Clause 122)

Datenübertragung über eine maximale Entfernung von zehn Kilometern. Verwendet werden für jede Richtung eine Singlemode-Faser mit je acht parallelen Wellenlängen mit jeweils 50 Gbit/s Übertragungsgeschwindigkeit. Zum Einsatz kommt CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing).

400GBASE-SR16 (Clause 123)

Datenübertragung über eine maximale Entfernung von 70 Metern (OM3) oder 100 Metern (OM4). Verwendet werden in jede Richtung 16 Multimode-Fasern mit jeweils 25 Gbit/s Übertragungsgeschwindigkeit.

400GBASE-DR4 (Clause 124)

Datenübertragung über eine maximale Entfernung von 500 Metern. Verwendet werden für jede Richtung vier Singlemode-Fasern mit jeweils 100 Gbit/s Übertragungsgeschwindigkeit.

Darüber hinaus existieren zahlreiche weitere Spezifikationen wie 400GAUI-8 and 400GAUI-16 für elektrische Chip-to-Chip-Interfaces oder 400GBASE-ER8 aus IEEE 802.3cn für Entfernungen von bis zu 40 Kilometern oder 400GBASE-ZR aus IEEE 802.3ct für Entfernungen von bis zu 80 Kilometern.

Die wichtigsten technischen Eckpunkte von 400GbE

In der Standardisierung von 400GbE setzte das 802.3bs-Projekt auf zahlreiche für 100GBASE-Ethernet verwendete technische Lösungen auf. Ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal zwischen 400GbE und 100GbE ist die Übertragungsrate eines einzelnen Kanals. Bei 100GbE beträgt sie bis zu 25 Gbit/s, bei 400GbE bis zu 50 Gbit/s oder 100 Gbit/s. Darüber hinaus verwendet 400GbE eine neue Modulationstechnik. Anstatt das NRZ-Verfahren (Non-Return-to-Zero-Verfahren) einzusetzen, nutzt 400GbE die 4-Puls-Amplituden-Modulation (PAM4). PAM4 bedeutet, dass vier anstatt nur zwei Signalpegel verwendet werden.

Die verschiedenen 400G-Formfaktoren für Transceiver

Um die Netzwerkkomponenten entsprechend der jeweiligen Spezifikation mit der richtigen Anzahl und dem passenden Typ an Glasfasern zu verbinden, kommen so genannte Transceiver zum Einsatz. Mit der Einführung von 400GbE sind Transceiver mit neuen Formfaktoren notwendig. Neue Transceiver-Formfaktoren für 400GbE sind zum Beispiel:

  • Der 400G CFP8 Formfaktor: optischer Transceiver für 400G-Ethernet mit Unterstützung von 400GBASE-LR8, 400GBASE-FR8 und 400GBASE-SR16. CFP8 eignet sich für 8 x 50 Gbit/s oder 16 x 25 Gbit/s.
  • Der 400G OSFP Formfaktor: OSFP steht für Octal Small Form-Factor Pluggable. Für achtkanalige Konfigurationen mit jeweils 50 Gbit/s.
  • Der 400G QSFP-DD Formfaktor: QSFP-DD steht für Quad Small Form-Factor Pluggable Double Density. Für achtkanalige Konfigurationen mit 50 Gbit/s und PAM4-Modulation oder 25 Gbit/s und NRZ-Modulation. Der Formfaktor ist für 100 Gbit/s oder 400 Gbit/s einsetzbar.

Vorteile von 400GbE

Die 400GbE-Technik bietet aufgrund ihrer im Vergleich zu 100GbE vervierfachten Übertragungsgeschwindigkeit zahlreiche Vorteile. Die ständig steigenden Bandbreiteanforderungen eines Rechenzentrums und der internen Verbindungen lassen sich erfüllen. Durch die höheren Geschwindigkeiten reduziert sich die Anzahl an benötigten Glasfaserleitungen und Stecker um den Faktor vier. Die Kosten je übertragenem Bit pro Sekunde sinken, da die vorhandene Glasfaserinfrastruktur mit der vierfachen Bandbreite belegt werden kann. 400GbE ist sowohl mit Singlemode-Fasern als auch mit Multimode-Fasern einsetzbar. Je nach Typ und Anzahl der Fasern lassen sich verschiedene Entfernungen von wenigen Metern bis zu zehn Kilometer und mehr überbrücken.

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