Definition Was ist 802.3bs (200GbE und 400GbE)?

IEEE 802.3bs ist ein 2017 verabschiedeter Standard für 200- und 400-Gigabit-Ethernet. Aufgrund der Geschwindigkeit größer 100 Gbit/s zählt er zu den Terabit-Ethernet-Standards. Daten lassen sich über verschiedene Arten und Anzahlen von Glasfaserleitungen über unterschiedliche Entfernungen von wenigen Metern bis zu einigen Kilometern übertragen. Typische Anwendungen sind breitbandige Netzwerkverbindungen in Rechenzentren und Campus-Netzen.

802.3bs ist ein vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) erarbeiteter Standard für 200- und 400-Gigabit-Ethernet. Alternative Bezeichnungen für 200-Gigabit-Ethernet sind 200GE, 200GBASE, 200G oder 200GbE und für 400-Gigabit-Ethernet 400GE, 400GBASE, 400G oder 400GbE.

Die Geschwindigkeiten von 200 Gbit/s und 400 Gbit/s liegen deutlich über 100Gbit/s, weshalb 802.3bs zu den so genannten Terabit-Ethernet-Standards zählt. Die Arbeit am Standard begann im Jahr 2014. Damals beschäftigte man sich noch ausschließlich mit 400-Gigabit-Ethernet. 2016 kam 200-Gigabit-Ethernet als Entwicklungsziel für die Standardisierungsgruppe hinzu. Die Veröffentlichung des Standards fand im Jahr 2017 statt.

Technisch werden die hohen Datenraten erreicht, indem der Standard mehre Glasfasern mit niedrigeren Geschwindigkeitsstufen kombiniert. In Teilbereichen setzt 802.3bs auf Technologien des älteren 100G-Ethernet-Standards (100GBASE, 100GbE) auf. Wichtige Unterscheidungsmerkmale zu den Vorgängerstandards sind die Nutzung des Modulationsverfahrens PAM4 und bis zu 50 oder 100 Gbit/s schnelle Kanäle. Je nach Unterspezifikation werden die Daten über verschiedene Anzahlen von Singlemode- oder Multimode-Fasern über unterschiedliche Entfernungen von wenigen Metern bis zu einigen Kilometern übertragen.

Die Anschlüsse für 200-Gigabit-Ethernet oder 400-Gigabit-Ethernet sind über verschiedene Transceiver-Typen mit unterschiedlichen Formfaktoren und Eigenschaften realisierbar. Für normale Computer und Netzwerkendgeräte kommt der Terabit-Ethernet-Standard nicht zum Einsatz. Typische Anwendungen sind breitbandige Netzwerkverbindungen in Rechenzentren, Campus-Netzen, Internet-Exchange-Knoten oder Cloud Data Centern. Für die kommenden Jahre sind neue Terabit-Ethernet-Standards in Arbeit, die Geschwindigkeiten von 800 Gbit/s und 1,6 Tbit/s erreichen sollen.

Die wichtigsten Anforderungen und technischen Merkmale für die Entwicklung der 802.3bs-Spezifikation

In der Entwicklung der 802.3bs-Spezifikation galt es, zahlreiche Anforderungen und technische Merkmale zu berücksichtigen. 802.3bs soll den Vollduplex-Betrieb mit Geschwindigkeiten von 200 Gbit/s und 400 Gbit/s über verschiedene Glasfasertypen ermöglichen. Zudem sind die vorgegebenen Ethernet-Frame-Formate, die minimalen und maximalen Ethernet-Frame-Größen und Bitfehlerraten von maximal 10 hoch -13 einzuhalten. Zahlreiche für 100GBASE-Ethernet erarbeitete technische Lösungen kommen auch für 802.3bs zum Einsatz. Die Kanalbandbreite wurde jedoch von 25 Gbit/s auf 50 Gbit/s oder 100 Gbit/s erhöht. Zudem wird mit der 4-Pulsamplitudenmodulation (PAM4) ein neues Modulationsverfahren verwendet. Es nutzt vier anstatt zwei Signalpegel.

200- und 400-Gigabit-Ethernet für verschiedene Glasfasertypen und Längen

200-Gigabit-Ethernet und 400-Gigabit-Ethernet sind für Glasfaserverbindungen mit unterschiedlichen Eigenschaften und Parametern geeignet. Der Standard definiert die Datenübertragung über Singlemode- und Multimode-Fasern sowie über verschiedene Anzahlen von Fasern. Je nach Unterspezifikation kommen verschiedene Kanalbandbreiten zum Einsatz. Die überbrückbaren Entfernungen unterscheiden sich ebenfalls. Die wichtigsten im 802.3bs-Projekt erarbeiteten Unterspezifikationen für 200- und 400-Gigabit-Ethernet sind:

• 200GBASE-DR4 (Clause 121)

• 200GBASE-FR4 (Clause 122)

• 200GBASE-LR4 (Clause 122)

• 400GBASE-FR8 (Clause 122)

• 400GBASE-LR8 (Clause 122)

• 400GBASE-SR16 (Clause 123)

• 400GBASE-DR4 (Clause 124)

Im Folgenden eine kurze Zusammenfassung der wichtigsten technischen Eigenschaften und Merkmale dieser 200- und 400-Gigabit-Spezifikationen.

200GBASE-DR4 (Clause 121)

Maximale Entfernung bis 500 Meter. Für jede Richtung vier Singlemode-Fasern mit jeweils 50 Gbit/s Übertragungsgeschwindigkeit.

200GBASE-FR4 (Clause 122)

Maximale Entfernung bis zwei Kilometer. Für jede Richtung eine Singlemode-Faser mit vier parallel übertragenen Wellenlängen mit jeweils 50 Gbit/s Übertragungsgeschwindigkeit. Genutzt wird CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing).

200GBASE-LR4 (Clause 122)

Maximale Entfernung bis zehn Kilometer. Für jede Richtung eine Singlemode-Faser mit vier parallel übertragenen Wellenlängen mit jeweils 50 Gbit/s Übertragungsgeschwindigkeit. Genutzt wird CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing).

400GBASE-FR8 (Clause 122)

Maximale Entfernung bis zwei Kilometer. Für jede Richtung je eine Singlemode-Faser mit acht parallel übertragenen Wellenlängen mit jeweils 50 Gbit/s Übertragungsgeschwindigkeit. Genutzt wird CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing).

400GBASE-LR8 (Clause 122)

Maximale Entfernung bis zehn Kilometer. Für jede Richtung eine Singlemode-Faser mit acht parallel übertragenen Wellenlängen mit jeweils 50 Gbit/s Übertragungsgeschwindigkeit. Genutzt wird CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing).

400GBASE-SR16 (Clause 123)

Maximale Entfernung bis 70 Meter (OM3) oder 100 Meter (OM4). Für jede Richtung 16 Multimode-Fasern mit jeweils 25 Gbit/s Übertragungsgeschwindigkeit.

400GBASE-DR4 (Clause 124)

Maximale Entfernung bis 500 Meter. Für jede Richtung vier Singlemode-Fasern. Jede Faser mit 100 Gbit/s Übertragungsgeschwindigkeit.

Neben den hier aufgeführten Spezifikationen existieren noch viele weitere teilweise in anderen IEEE-Standards definierte Spezifikationen wie 200GAUI-4, 200GAUI-8, 400GAUI-8 und 400GAUI-16 für elektrische Chip-to-Chip-Schnittstellen, 400GBASE-ZR aus dem Standard IEEE 802.3ct für maximale Entfernungen von 80 Kilometern oder 400GBASE-ER8 aus dem Standards IEEE 802.3cn für maximale Entfernungen von 40 Kilometern.

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