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Garant für zukunftssichere Netzwerk-Architekturen Was ist ein Small Form-Factor Pluggable (SFP)-Modul?

Autor / Redakteur: M.A. Jürgen Höfling / Ulrike Ostler

Wenn das Netzwerk aufgerüstet, modernisiert oder repariert werden soll, will man nicht das ganze Netz umkrempeln müssen. Eine Kapselung von Funktionselementen ist Voraussetzung für einen schnellen Teile-Austausch. SFP-Module sind solche Funktions-Kapseln.

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Funktionskapseln wie SFP-Module sind so fruchtbar für die Netzwerk-Architektur wie Fruchtkapseln auf dem Feld
Funktionskapseln wie SFP-Module sind so fruchtbar für die Netzwerk-Architektur wie Fruchtkapseln auf dem Feld
(Bild: Domino_pixelio.de)

Die Verkehrsadern im Rechenzentrum und zwischen den Rechenzentren sind technisch hochgezüchtet und entsprechend teuer, sowohl was die Kabeltypen als auch die verschiedenen Verteilungs-, Umsetzungs- und Schaltkomponenten betrifft. Die Gesamtstruktur der Vernetzung und die Architektur der einzelnen Komponenten sollten deshalb möglichst änderungs- und reparatur-affin sein. Das erfordert wiederum eine modulare Umsetzung einzelner Funktionselemente, so dass diese möglichst kosteneffizient ausgetauscht werden können und möglichst bei laufendem Betrieb.

Steckbare optische Sender-Empfänger

Steckbare optische Sender-Empfänger (Transceiver), so genannte Small Form-Factor Pluggables (SFP-Module) sind Beispiele für eine solche modulare Bauweise bei der Kopplung von Netzsegmenten. Die Sender-Seite eines SFP-Transceivers hat einen Laser und die Empfängerseite einen Fotodetektor.

Geeignete Steckertypen (LC) verbinden den Mini-Transceiver mit den Fasern eines Glasfaserkabels. Es gibt aber auch Module für verdrillte Kupferleitungen. Die SFP-Transceiver haben typischerweise die Größe eines RJ45-Ethernet-Ports. Die winzigen Komponenten enthalten in gekapselter Form so viele Funktionen (und noch ein paar mehr), wie sie vor 20 Jahren das erste optische Modul für Transportanwendungen mit der Bezeichnung 1X9 hatte, welches damals als fest-verlötete Leiterplatte mit einem SC-Steckkopf realisiert war.

SFP-Module wurden auf der Grundlage der deutlich größeren Gigabit Interface Converter (GBIC) entwickelt und werden auch als Mini-GBIC bezeichnet. Durch die miniaturisierte Bauform erlauben sie eine größere Anzahl von Ports als GBIC-Bausteine. Die Module sind durch eine so genannte Multi-Source-Vereinbarung mehrerer Hersteller aus mehreren Quellen beziehbar und wechselseitig verwendbar, quasi eine Standardisierung in praxi.

Singlemode- und Multimode-SFP

Glasfaser-SFP-Module werden wie die Glasfaserkabel selbst anhand von Wellenlänge und Reichweite klassifiziert.

Die Multimode-Faser holt mehr Licht aus dem Laser heraus und ist im Prinzip preisgünstiger als die Singlemode-Faser. Allerdings sind Multimode-Fasern nur für Reichweiten bis 500 Meter sinnvoll einzusetzen, da bei längeren Strecken die Streueffekte der Lichtwellen zu groß werden und mögliche Gegenmaßnahmen zu teuer sind.

Der multimodale SFP SX (SX für Short Reach) arbeitet bei 850 Nanometer Wellenlänge und wird für Strecken von 100 bis 500 Metern verwendet. Die Ballenverriegelung und der Farbpfeil auf den Etiketten sind schwarz und das verwendete Glasfaser-Patch-Kabel ist normalerweise orange.

Die Reichweite wird durch die verwendete Übertragungsrate begrenzt. Je höher diese ist, desto geringer ist die maximal mögliche überbrückbare Distanz. Bei einer Rate von 1,25 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) werden mit den Multimode-SFP-Modulen 500 Meter erreicht, mit einer Rate von 125 Gigabit/s maximal 150 Meter; wobei dem Autor keine SFP-Module bekannt sind, die derzeit für eine Übertragungsrate von 125 Gbit/s ausgelegt sind.

Für Singlemode-Fasern werden SFP-Module LX (LX für Long Reach) mit einem 1310-Nanometer-Laser eingesetzt. Hier werden Reichweiten von bis zu 10 Kilometern erreicht. Mit einem EX-Modul und ebenfalls einem 1310-nm-Laser lassen sich 40 Kilometer überbrücken. Noch längere Distanzen schafft man mit einem ZX- beziehungsweise einem EZX-Modul und einem 1550-nm-Laser, nämlich 80 beziehungsweise 160 Kilometer.

Steckbare Transceiver und Investitionssicherheit

Die Zahl der am Markt erhältlichen und im laufenden Betrieb steckbaren Transceiver-Module ist groß; dementsprechend gibt es eine riesige Menge an Namen und Abkürzungen: SFP, SFP+, QSFP, QSFP+, QSFP28. Pauschal gesagt sind die „Plus“-Typen („enhanced small form factor pluggable module“) für höhere Datenraten bis zu 100 Gbit pro Sekunde ausgelegt.

Wenn es um die wechselseitige Austauschbarkeit der verschiedenen Typen geht, sollte genau hingesehen werden. Nicht jeder SFP-Transceiver kann an jedem beliebigen SFP-Port betrieben werden. So akzeptieren beispielsweise SFP+-Ports zwar oft auch SFP-Optiken, jedoch mit einer reduzierten Geschwindigkeit von 1 Gbit/s. Umgekehrt kann man einen SFP+-Transceiver aber nicht an einen SFP-Port anschließen, da SFP+ keine Geschwindigkeiten unter 1 Gbit/s unterstützt.

Für alle gängigen LAN- und WAN-Standards

Für Übertragungsraten von 40 Gbit/s oder auch 100 Gbit/s sind die „Quad Small Form Factor Pluggables" (QSFP) konzipiert. Auch sie sind für alle gängigen LAN- und WAN-Standards nutzbar. Die Module sind in den Versionen QSFP, QSFP+ und QSFP28 erhältlich. Sowohl das QSFP+- als auch das QSFP28-Modul integrieren vier Sende- und vier Empfangskanäle. Während QSFP+ 4x10 Gbit/s oder 1x40 Gbit/s unterstützt, kann QSFP28 4x25 Gbit/s, 2x50 Gbit/s oder 1x100 Gbit/s verarbeiten, abhängig vom verwendeten Transceiver.

Mit Hilfe der SFP-Module lassen sich Netzwerkgeräte mit einer Vielzahl unterschiedlicher Glasfaser-Typen verschalten, so dass sie auch für kommende Standards und Technologien verwendet werden können. (Mehrere) entsprechende Anschluss-Buchsen finden sich mittlerweile an vielen verschiedenen Netzwerk-Komponenten, von Switches und Routern über Firewalls bis zu Netzwerk-Interface-Karten.

SFP-Buchse und SFP-Modul sind damit der Upgrade- und Flexibilitäts-Garant von Switches, Line-Cards oder Routern und geben den Anwendern hohe Investitionssicherheit.

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