Definition Was ist 40GbE?

40-Gigabit-Ethernet (40GbE) ist eine Ethernet-Variante, die Übertragungsgeschwindigkeiten von 40 Gigabit pro Sekunde ermöglicht. Die Ethernet-Verbindungen lassen sich sowohl über kupferbasierte Leitungen als auch über Singlemode- oder Multimode-Glasfasern realisieren.

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Die Ethernet-Variante 40-Gigabit-Ethernet (40GbE) ist gemeinsam mit 100-Gigabit-Ethernet (100GbE) im Standard IEEE 802.3ba definiert. Es handelt sich bei 40- und 100-Gigabit-Ethernet um die bisher schnellsten Versionen des Ethernet-Standards.

IEEE 802.3ba ist der erste Standard, der zwei Geschwindigkeitsstufen gleichzeitig definiert. 40GbE lässt sich sowohl über kupferbasierte als auch über Glasfaser (Single- und Multimode-Lichtwellenleiter) übertragen. Per Glasfaser sind Entfernungen von mehreren Kilometern überbrückbar. Die möglichen Distanzen über Kupferleitungen sind wesentlich kürzer.

Es existiert eine eigene 40GbE-Variante für Backplanes von Netzwerkgeräten wie Switches oder Router. Weitere Bezeichnungen für 40-Gigabit-Ethernet sind 40GE oder 40GiGE. Mit IEEE 802.3ba ist die IEEE davon abgekommen, die Geschwindigkeitsstufen des Ethernets in Zehnerschritten zu erweitern. 40-Gigabit-Ethernet stellt eine Zwischenstufe auf dem Weg zum 100-Gigabit-Ethernet dar. Erste 40GbE-fähige Netzwerkgeräte waren im Jahr 2010 erhältlich.

Wie in den vorigen Ethernet-Standards gibt es auch bei 40GbE keine grundlegenden Veränderungen für die Protokolle der höheren Ebenen eines Netzwerks. Routingprotokolle oder Protokolle zur Kopplung von Switches sind unverändert nutzbar. Der Standard ist auf dem Layer 1 und Layer 2 des ISO/OSI-Referenzmodells angesiedelt. Im Vergleich zu herkömmlichem Gigabit Ethernet oder zu Fast Ethernet hat 40GbE wie auch schon 10GbE keine Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection (CSMA/CD). Es handelt sich um einen Full-Duplex-Standard, bei dem auf den Verbindungen keine Kollisionen durch Mehrfachzugriffe entstehen können.

Einsatz von 40-Gigabit-Ethernet

40-Gigabit-Ethernet kommt häufig in leistungsfähigen lokalen Netzwerken zum Einsatz. Es lässt sich verwenden, um Netzwerkkomponenten in Rechenzentren, Campusnetzwerken, Metronetzen, Weitverkehrsnetzen (WAN, Wide Area Network) und Speichernetzen mit hoher Bandbreite zu verbinden. Grundsätzlich sorgen die 40GbE-Verbindungen für einen schnellen Transport von Daten zwischen Switches und Routern im Backbone eines Netzwerks. Die Endgeräte im LAN nutzen Ethernet-Varianten mit geringeren Geschwindigkeiten wie Fast oder Gigabit Ethernet. Varianten mit kurzen Reichweiten sind in Rechenzentren einsetzbar und verbinden zum Beispiel Blade-Server. Eine spezielle 40-Gigabit-Ethernet-Variante ist für den Betrieb von Backplanes von Netzwerkgeräten ausgelegt.

Anforderungen an den Standard IEEE 802.3ba

Bei der Entwicklung des Standards IEEE 802.3ba für 40- und 100-Gigabit-Ethernet wurden einige Grundanforderungen gestellt. Diese sind:

• Weiternutzung des 802.3-Frameformats und der Layer-2-MAC-Ebene

• Erhaltung der minimalen und maximalen Framelängen (inklusive Jumbo Frames)

• Unterstützung von optischen Transportnetzen (OTN, Optical Transport Network)

• Unterstützung von kupferbasierten Verbindungen, Singlemode-Glasfasern, Multimode Glasfasern und Backplanes

• Einhaltung einer Bit Error Rate (BER) von maximal 10^-12

Standards für Ethernet mit 40 Gigabit pro Sekunde über Glasfaser

40-Gigabit-Ethernet unterstützt verschiedene Glasfasertypen. Es lassen sich Ethernetsignale über Multimode- oder Singlemodefasern mit unterschiedliche Wellenlängen des Lichts übertragen. Beispiel-Standards für 40 Gigabit über Glasfaser sind:

• 40GBASE-SR4 für Multimode-Glasfasern mit vier Faserpaaren

• 40GBASE-LR4 für Singlemode-Glasfasern mit vier Wellenlängen

Standards für Ethernet mit 40 Gigabit pro Sekunde über Kupfer

Neben den Glasfaserleitungen eignet sich 40GbE auch für kupferbasierte Leitungen. Grundsätzlich sind die überbrückbaren Entfernungen bei Kupferkabeln wesentlich geringer als bei Lichtwellenleitern. Beispiel-Standards für 40 Gigabit über Kupfer sind:

• 40GBASE-KR4 40 für Backplanes

• 40GBASE-CR4 für geschirmte Twinax-Kupferkabel

• 40GBASE-T 40 für Twisted-Pair-Kabel der Kategorie acht (CAT8)

40GBASE-T: Übertragung von 40 Gigabit pro Sekunde per Twisted-Pair-Kabel

Die Twisted-Pair-Kabel nach CAT8 erreichen eine Betriebsfrequenz von 1.600 MHz. CAT8-Kabel unterstützen eine Datenübertragung mit 40 Gigabit pro Sekunde über Entfernungen von maximal 30 Metern. Es handelt sich um vierpaarige, paarweise verdrillte, geschirmte, symmetrische Kupferkabel.

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