50 Jahre hat Ethernet inzwischen auf dem Buckel. Mit den ursprünglichen knapp 3 beziehungsweise 10 MBit/s hat das heutige Ethernet jedoch wenig zu tun. Durch die Erfindung des Switchings verlor das Ethernet seinen CSMA/CD-Mechanismus und durch Anpassungen der Verkabelung sind heute Übertragungsraten im GBit- und fast TBit-Bereich möglich – das 800 GBit/s schnelle Ethernet ist bereits Realität. Die großen Hersteller von Ethernet-Komponenten haben diesen Standard inzwischen in ihren Produkten umgesetzt.

Das 800-GBit-Ethernet (IEEE 802.3ck) basiert auf dem Zusammenschluss von zwei existierenden 400-GBit-Verbindungen auf dem Physical Layer zu einer MAC-Adresse. Dabei kommen für die Übermittlung der Daten insgesamt acht 106,25-GBit/s-Lanes zum Einsatz. Codiert wird das Signal nach dem 64/66b Code. Im Wechsel wird dabei immer ein 66-Bit-Datenteil einer der beiden 400-GBit-Ebenen zugewiesen.

Wie die 400-GBit-Variante nutzt auch das 800-GBit-Ethernet eine Striping-Technik, die Daten synchronisiert verteilt. Mithilfe eines Alignment Markers (AMs) ist identifizierbar, welche Datenblöcke an welche Stelle des Datenstroms gehören. Alle 42,1 MByte wird ein solcher Marker eingesetzt. Für den Encoder auf Senderseite bedeutet das, doppelt so viele AMs zu nutzen, da zwei 400-GBit-Ströme parallel laufen. Die Marker modifiziert das Ethernet Technology Consortium so, dass ein gleichmäßiger 800-GBit-Stream gewährleistet werden kann und dass ein falsch konfigurierter 400-GBit-Port sich nicht etwa ungewollt mit einem 800-GBit-Stream synchronisiert.

Mit den hohen Geschwindigkeiten ist natürlich auch die klassische einfache Verkabelung mit einem vierpaarigen Kupferkabel beziehungsweise einer Anbindung über zwei Lichtwellenleitern hinfällig. Die höheren Geschwindigkeiten lassen sich nicht mehr über zwei beziehungsweise acht Adern übermitteln.

Für höhere Geschwindigkeiten im Kupferbereich sind bei den Ethernet-Varianten Kabelanbindungen wie in der gleichnamigen Tabelle gezeigt notwendig. Bei Twisted-Pair-Kabeln unterscheiden wir die Übertragungskapazität der Kabel in sogenannten Kategorien (1 bis 9), wobei jede ein spezielles Anforderungsprofil bezüglich Impedanz, Bandbreite, Dämpfung und Nahnebensprechen abdeckt. Mit steigender Kategorie verbessern sich die Übertragungseigenschaften. Bei Geschwindigkeiten bis 1 GBit/s genügen in den meisten Fällen Cat-5-Kabel mit Betriebsfrequenzen bis 100 MHz. Ab 10 GBit/s kommen nur noch Kategorie 6 (Betriebsfrequenzen bis 250 MHz), Kategorie 7 mit vier einzeln abgeschirmten Aderpaaren (Betriebsfrequenzen bis 600 MHz) und Cat 8 (Betriebsfrequenzen bis 2000 MHz) zum Einsatz.

Der Vorteil von Cat-7-Kabeln besteht darin, dass sie eine Abschirmung für jedes der vier Aderpaare und für die vier Paare als Ganzes aufweisen. Aus diesem Grund haben Cat7-Kabel eine höhere Störfestigkeit. Aber umgekehrt macht die Abschirmung sie weniger flexibel und überschaubar. Vor allem müssen die Aderpaare von EndKategoriee zu Ende vollständig von der Abschirmung im Kabel umgeben sein und es muss eine ordnungsgemäße Erdung gewährleistet sein.

Dagegen unterscheiden sich Cat8-Kabel stark von den vorherigen Kabeln. Der Cat8-Standard ermöglicht Geschwindigkeiten von bis zu 40 GBit/s, allerdings lediglich auf einer Kabelstrecke von maximal 30 Metern. Da für viele Anwendungsbereiche eine Übertragungsgeschwindigkeit von 25 GBit/s jedoch ausreicht, lässt sich bei dieser Datenrate die maximale Kabellänge auf bis zu 50 Meter ausdehnen. Dadurch ist die Verwendung von Cat-8-Kabeln eingeschränkt und Einsatzmöglichkeiten im tertiären Bereich scheiden faktisch aus. Für den primären Einsatz im Rechenzentrum sind die möglichen Kabellängen in den meisten Fällen aber ausreichend. Die Details liefert die Tabelle "Vergleich der Cat-Varianten 6 bis 8".

Mithilfe von Power-over-Ethernet-Anwendungen (PoE) lässt sich die elektrische Stromversorgung von netzwerkfähigen Geräten über ein vorhandenes Twisted-Pair-Ethernet-Kabel realisieren. Dadurch wandert neben den Datensignalen auch die elektrische Energie für Endgeräte über das Datenkabel. Auf Basis der PoE-Standards (siehe gleichnamige Tabelle) lassen sich bis zu 100 W an die Endgeräte übermitteln. Es gilt jedoch, dass bei den meisten PoE-Switches die Stromversorgung nicht gleichzeitig an allen Ports zur Verfügung steht. Meist ist die parallele Strombereitstellung nur auf einen Teil der verfügbaren Ports möglich.

Darüber hinaus ist bei der Nutzung von PoE-Anwendungen zu beachten, dass die Technologie durch den Leitungswiderstand des Kabels eine Verlustleistung erzeugt und dadurch Wärme entsteht. Die höheren Kabeltemperaturen beeinträchtigen wiederum die Übertragung der Datensignale. Dieses Problem lässt sich durch die Installation von Kabeln mit einem größeren Kupferader-Querschnitt (beispielsweise AWG22) umgehen.

Die höheren Geschwindigkeiten im Glasfaserbereich erfordern für unterschiedliche Ethernet-Varianten die Kabelanbindungen, die die Tabelle "Varianten von Glasfaser im Ethernet" zeigt. Ähnlich wie in der Kupfertechnik gelten zur Kenntlichmachung der Übertragungsbandbreiten von Multimode- und Monomodefasern optische Klassen und Kategorien. Durch den zunehmenden Bandbreitenbedarf und immer höhere Datenraten wurden die Kategorien OM1, OM2, OM3, OM4 und OM5 (Optical Multimode) für Multimodefasern sowie die Kategorien OS1 und OS2 (Optical Singlemode) für Monomodefasern eingeführt. Die Faserkategorien sind nach ISO/IEC 11801 und 24702 spezifiziert. Die Details zeigt die entsprechende Tabelle.

Bilcken wir zunächst auf die Kategorien für Multimodefasern. Dort nutzten frühere Übertragungsverfahren primär LEDs zur Übermittlung der Daten. LEDs eignen sich jedoch nur bis zu einer Datenrate von 622 MBit/s, für höhere Geschwindigkeiten sind sie zu ungenau. Ab dem GBit-Ethernet kommen sogenannte "Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser" (VCSEL) bei Wellenlängen von 850 und 1310 nm zum Einsatz. Die Faserkategorien OM1 und OM2 sind typischerweise für LED-basierte Anwendungen konzipiert. Die Faserkategorien OM3 und OM4 sind nur noch mit 50 µm Kerndurchmesser erhältlich (G50/125) und für Hochgeschwindigkeits-Applikationen wie 10/40/100-GBit-Ethernet bei 850 nm vorgesehen.

Die maximale spezifizierte Übertragungsreichweite der eingesetzten Faserkategorie richtet sich nach der Datenrate und der genutzten Wellenlänge (850 nm oder 1300 nm). Während bei 10 MBit/s bis 1 GBit/s ohne weiteres 300 m bei 850 nm auch mit OM1- und OM2-Fasern möglich sind, ist die erreichbare Länge bei Übertragungsraten von mehr als 4 GBit/s auf unter 100 m bei dieser Wellenlänge begrenzt. Fasern der Kategorie OM3 und OM4 erlauben hingegen auch Längen von rund 300 m bei 850 nm. Mit OM4-Fasern ist zusätzlich bei Anwendungen mit mehr als 10 GBit/s die Erhöhung der Übertragungslänge um einige Meter gegenüber OM3-Fasern möglich. OM5 dient dazu, um per Wellenlängen-Mutiplex Datenraten von 100 bis 800 GBit/s auch mit wenigen Fasern zu erreichen.

Bei den Monomodefasern tritt keine Modendispersion auf und es sind daher größere Übertragungsdistanzen und Bandbreiten möglich. Die bisher gebräuchlichsten Monomode-Fasern sind für den Einsatz im O- und C-Band der optischen Datenkommunikation in den Bereichen 1310 nm beziehungsweise 1550 nm festgelegt. Bei diesen Wellenlängen liegt das Dämpfungsminimum des Fasermaterials. Definiert sind für Monomodefasern die Klassen OS1 und OS2, die sich nur in ihrer maximalen Dämpfung unterscheiden. Speziell bei 1383 nm besitzen die sogenannten Low-Water-Peak-Fasern der OS2-Kategorie eine geringe Dämpfung mit spezifizierten maximalem Wert von 0,4 dB/km und sind damit für den Einsatz von CWDM-Übertragungen geeignet.

Das Fortschreiten der Digitalisierung erzeugt Datenmengen in nie gekannten Größenordnungen. Diese Daten entstehen nicht einfach in irgendeinem Rechenzentrum oder einer Cloud, sondern an den Arbeitsplätzen in Unternehmen und Behörden sowie in Industrieanlagen. Bei der Auswirkung auf die Verkabelungsstrukturen müssen IT-Verantwortliche die folgenden Bereiche berücksichtigen:

- Endgeräte wie intelligente Gebäude, Werkhallen et cetera

- Backbones von Gebäuden und Campus, WAN und öffentliche Netze

- Rechenzentren in der Cloud oder auf dem Firmengelände

Die meisten modernen Endgeräte verfügen heute mindestens über 1-GBit/s-Ethernet- oder ein mehrere GBit/s schnelles Wi-Fi-Interface. Damit haben die Benutzer genügend Bandbreite für die meisten Anwendungen. Die breitbandigen Applikationen wie Videokonferenzen erleben derzeit einen Boom und Büroflächen werden flexibler genutzt. Wenn Hierarchiestufen entfallen, zeitlich befristete Projektgruppen entstehen oder der Anteil der Home- und Mobile-Worker steigt, schlägt sich das auch in der Organisation der Büro-Arbeitsplätze nieder. Dann stellt sich schnell die Frage, ob die Gebäudeverkabelung dem gewachsen ist: Haben PCs, Wi-Access-Points, Drucker und lokale Router am geplanten Standort auch wirklich Netzzugang?

Darüber hinaus kommen in modernen Gebäuden immer mehr Funktionen hinzu: Zugangskontrollen, Brandschutz, Einbruchsüberwachung, Videoüberwachung, Kontrolle und Steuerung von Installationen wie Aufzug, Rolltreppe oder automatischen Türen und vieles mehr. Die für den IoT-Bereich notwendige Steuerungstechnik, die Antriebe und die SenFi-soren sind in einem intelligenten Gebäude eng miteinander verknüpft. Das wiederum stellt extreme Anforderungen an Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit.

Bei der Planung können IT-Verantwortliche nicht immer alle Eventualitäten berücksichtigen. Daher kommt es darauf an, dass die installierte Netztechnik anpassungsfähig ist und mit den technologischen Anforderungen mitwächst. So sollte etwa das Verlegen zusätzlicher Leitungen nicht daran scheitern, dass der Etagenverteiler die Zahl der möglichen Anschlüsse oder der einsetzbaren Technologien beschränkt, bestehende Kabelkanäle schon voll belegt sind oder die zusätzliche Verkabelung hohe Kosten verursacht.

Die Steigbereiche und die Campus-Backbones transportieren die Daten der Endgeräte zu den entsprechenden lokalen Server- beziehungsweise den verfügbaren Cloudressourcen. Aus diesem Grund sind bereits bei der Planung die Skalierbarkeit und zukünftige Anforderungen von Bedeutung. Natürlich steigen in diesen Sammelbereichen die Anforderungen an die Bandbreite ständig und IT-Verantwortliche müssen besonders darauf achten, dass einige der neueren Ethernet-Technologien mehr als nur zwei LWL-Fasern für den Transport der mit Licht kodierten Daten benötigen. Es ist also notwendig, entsprechende Glasfaserreserven bereitzuhalten.

Zudem steigt die Anforderung an die Verfügbarkeit der IT-Ressourcen kontinuierlich an. Ein Netzausfall führt eventuell zur Störung wichtiger IT-Funktionen. Entsprechende Redundanzen in den Backbones sorgen für eine schnellstmögliche Wiederherstellung der Verbindung. Dies erfordert neben dem Aufbau ausfallsicherer (und getrennter) Koppelpunkte zwischen den einzelnen Netzwerkebenen auch (je nach Redundanzqualität) die Führung der Daten in getrennten Kabeln beziehungsweise getrennten Trassen. Führen die Backbones über öffentliche Bereiche, müssen eventuell auch die unterschiedlichen Provider in das Redundanzkonzept eingebunden werden, um einen Ausfall des Internets zu verhindern.

In den RZ führen neue Übertragungstechnologien zu einer immer höheren Packungsdichte an Rechen- und Speicherleistungen und erfordern somit stetigen Ausbau und Erweiterung – auch in Sachen Verkabelung.

Die RZ-Verkabelung orientiert sich an der europäischen Norm EN 50173-5 (Anwendungsneutrale Kommunikationskabelanlagen für RZs). Sie definiert normkonforme Strukturen einer strukturierten Vernetzung und gibt Minimal-anforderungen dafür vor mit dem Ziel, eine gewisse Zukunftssicherheit hinsichtlich zukünftiger Netzwerk- oder Speicherapplikationen zu erreichen. Dagegen hat die EN 50600-2-4 (Infrastrukturen für Telekommunikationsverkabelung) einen anderen Ansatz und befasst sich mit allen Arten von Kabeln im RZ. Darunter fallen neben der strukturierten Verkabelung für die IT-Funktion des RZs auch die Vernetzung für den RZ-Betrieb, für die Überwachung und Steuerung des Gebäudemanagements und für die Sicherheit. Die EN 50600-2-4 hingegen definiert keine Verkabelung (dies übernimmt die EN-50173-Reihe), sondern deren Anwendung und verweist bezüglich der Art und Struktur der jeweiligen Verkabelung auf die entsprechenden Einzelnormen der EN-50173-Reihe.

Die Norm EN 50600 befasst sich auch mit den Architekturen für Verfügbarkeitsklassen. Im Einzelnen sind dies:

- Klasse 1: Lässt sich sowohl mit einer Punkt-zu-Punkt-Verkabelung als auch mit einer strukturierten Verkabelung umsetzen.

- Klasse 2: Ab Verfügbarkeitsklasse 2 ist eine Umsetzung nur noch mittels strukturierter Verkabelung mit einer Struktur gemäß EN 50173-5 zulässig. Die Verwendung eines Cross Connects (dazu gleich mehr) ist zwingend.

- Klasse 3: Die Umsetzung muss mittels strukturierter Verkabelung gemäß EN 50173-5 erfolgen. Cross Connects sind erforderlich.

- Klasse 4: Ist mittels strukturierter Verkabelung gemäß EN 50173-5 einzurichten, Cross Connects sind hier ebenfalls obligatorisch.

In einer vollvermaschten Spine-Leaf-Architektur ist jeder Router oder Switch aus der oberen Schicht mit allen Routern, Switches oder Servern der darunterliegenden Schicht verbunden. Die Ethernet-Migration von 10- auf 40-GBit-Ethernet oder höher hat zur Folge, dass die Verkabelung um den Faktor fünf und mehr anwachsen muss, wenn der Betreiber dieselbe Portanzahl wie bei 10-GBit-Ethernet nutzen will. Eine solche Migration stellt natürlich erhebliche Anforderungen an die Kabelführungssysteme und an die Schränke. Außerdem verdreifacht sich die Fläche der Patchkabel nahezu durch die Verwendung von MPO-Patch-Kabeln anstelle von LC-Duplex-Patch-Kabeln.

Eine Antwort hierauf liefert die EN 50600-2-4 in Form des Cross Connect. Ab der Verfügbarkeitsklasse 2 schreibt die Norm zwingend die Verwendung einer zentralen Patch-Lokation im Hauptverteiler vor, im Verkabelungsjargon als Cross Connect bezeichnet. Die dazu genutzten Schränke müssen folgende Anforderungen erfüllen:

- Hinteres Kabelmanagement,

- seitliches Patchkabel-Management,

- Biegeradiuskontrolle,

- Überlängenablage mit Biegeradiuskontrolle und

- bevorzugt: Cross-Connect-Schränke,

-Frames und -Racks mit einer Breite von mehr als 800 mm.

Der Cross Connect (je nach Rechenzentrumsgröße bestehend aus einem oder mehreren Schränken) ist mit allen RZ- Schränken verbunden. Zudem gibt es eine Port-Replikation des Core-Equipments sowie eine einfache und strukturierte Migration der Connections.

Daneben besitzt ein Cross Connect im Hauptverteilerbereich (MDA) des RZs das unschlagbare Privileg, sich entsprechend der zu erwartenden Dienstemigration und des geplanten Wachstums mittels einer Maximalbetrachtung planen und dimensionieren zu lassen. Aufgrund der hohen Glasfaseranzahl im Cross Connect empfiehlt sich die Nutzung spezieller Kabelschränke (sogenannter ODFs, Optical Distribution Frames), die auf diese Anwendung optimiert sind. Zur Verdeutlichung einer praktischen Umsetzung des Cross-Connect-Konzeptes dient das Bild auf dieser Seite, in dem die LAN- und SAN-Core-Komponenten mittels eines Cross Connects im Rechenzentrum verteilt sind.

Um die RZ-Verkabelung nicht nur platzsparend, sondern auch skalierbar zu gestalten, ist neben einer effizienten Raumausnutzung auch eine hohe Modularität des Gehäusesystems gefragt. Denn ein modulares Design führt zu einer zuverlässigeren Architektur und mehr Bereitstellungsflexibilität. Die obligatorische Verwendung von Cross Connects in HV, ZWV und ZV basieren auf Best Practices aus den letzten 15 Jahren im Bereich der Verkabelungsplanung.

Die heutigen Verkabelungstechnologien werden durch die immer höheren Geschwindigkeiten immer komplexer. Besonders Glasfaser erfordert spezifische technologische Kenntnisse, wozu nicht nur die Technologie an sich, sondern auch das Wissen um Standards, Funktionsweisen und diverse Begleitumstände gehören. Beispiele dafür sind Single- und Multimode, Wellenlängen, Reflexion oder Dämpfung und Brechungsindex.

Die Installation einer funktionierenden Glasfaserinfrastruktur sowie der Betrieb und nicht zuletzt die Wartung erfordern daher geschultes Personal, das die aktuellen technologischen Anforderungen versteht.