INHALTSVERZEICHNIS

Ein 400G-Netzwerk ist ein Ethernet-Netzwerk, dessen Verbindungen mit einer Geschwindigkeit von 400 Gigabit pro Sekunde betrieben werden. Der zugrunde liegende IEEE-Standard, IEEE Std 802.3bs-2017, wurde am 6. Dezember 2017 verabschiedet; spätere Ergänzungen fügten weitere optische Optionen hinzu. Heute sind 400G-Verbindungen in den Spine-Ebenen von Rechenzentren, in KI-GPU-Clustern und bei der Verbindung zwischen Rechenzentren weit verbreitet.
Die meisten Leitfäden zu 400G beschränken sich auf Switches und Transceiver. Wir gehen noch eine Ebene tiefer – bis hin zur Glasfaser. Wenn Sie sich bereits für den Einsatz von 400G entschieden haben und nun die richtigen Optiken, MPO- oder LC-Kabel und Steckverbinder auswählen müssen, ohne dabei Ihr Verlustbudget oder Ihren Lieferzyklus zu beeinträchtigen, dann ist dieser Artikel genau das Richtige für Sie.
400 g Switch-MPO-LC-Patchfeld

So funktioniert 400G-Ethernet

Ein 400G-Anschluss überträgt nicht ein einziges 400-Gb/s-Signal über einen einzelnen Glasfaserstrang. Die Daten werden in parallele Kanäle aufgeteilt, wobei jeder Kanal codiert und durch eine Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) geschützt wird.

  • Leitungsgeschwindigkeit vs. Datenrate. Die MAC-Rate beträgt 400 Gb/s. Nach der 256b/257b-Codierung und dem Hinzufügen der Reed-Solomon-Fehlerkorrektur RS(544,514) läuft das 400GBASE-R-Signal mit einer Nennrate von 425 Gb/s. Die zusätzlichen 25 Gb/s sind Overhead und keine nutzbare Bandbreite.
  • Fahrspuren. Verschiedene 400G-Optiken verwenden unterschiedliche Lane-Konfigurationen. Einige nutzen acht Lanes mit 50G PAM4, andere vier Lanes mit 100G PAM4. Die Lanes werden entweder über separate Fasern (parallele Optik) oder über separate Wellenlängen in einem Faserpaar (WDM-Optik) übertragen.
  • PAM4. Die heute verwendeten 400G-Optiken für kurze Übertragungsstrecken nutzen die PAM4-Modulation, bei der zwei Bits pro Symbol auf vier Signalpegel übertragen werden. Da dies weniger Spielraum lässt als die ältere NRZ-Signalübertragung, ist die FEC stets aktiviert. Das ist auch der Grund, warum sich ein besonders verschmutzter Stecker oder eine schlechte Steckverbindung bei 400G schneller bemerkbar macht als bei 10G.

Das Modulgehäuse ist unabhängig von der optischen Schnittstelle wählbar. QSFP-DD und OSFP sind die beiden wichtigsten 400G-Formfaktoren, und QSFP112 kommt bei einigen neueren Netzwerkadaptern zum Einsatz. Dieselbe optische Schnittstelle, zum Beispiel DR4, kann in mehr als einem Formfaktor vorliegen. Achten Sie daher bei der Bestellung darauf, dass drei Dinge übereinstimmen: der Switch oder der NIC-Einschub, der Formfaktor und die optische Schnittstelle.

Wo 400G heute zum Einsatz kommt: 100G, 400G und 800G

400G liegt zwischen den 100G-Verbindungen, die noch immer viele Server miteinander verbinden, und den 800G-Verbindungen, die mittlerweile in neuen KI-Clustern zum Einsatz kommen.

  • Wirbelsäule und Aggregation. Ein gängiger Upgrade-Pfad ist ein 400G-Spine, bei dem die vorhandenen 100G-Leaf-Switches und -Server beibehalten werden und eine 400G-zu-4×100G-Aufteilung zum Einsatz kommt (siehe weiter unten).
  • KI-Cluster. In einem NVIDIA DGX H100-System verläuft das Rechennetzwerk über acht ConnectX-7-Adapter mit jeweils bis zu 400 Gb/s, die über vier OSFP-Ports bereitgestellt werden. Die InfiniBand-Switches „Quantum-2“ und die „Spectrum-4 SN5600“-Switches von NVIDIA verfügen in jedem OSFP-Einschub mit zwei Anschlüssen über zwei 400-Gb/s-Ports. Zwar sind mittlerweile 800-Gb/s-Adapter wie der ConnectX-8 auf dem Markt, doch ein Großteil der bestehenden Installationen läuft weiterhin mit 400G-Ports. Weitere Informationen darüber, wie GPU-Cluster diese Verbindungen nutzen, finden Sie in unserem Leitfaden zum GPU-Netzwerk.
  • Verbindung zwischen Rechenzentren. 400ZR ist eine von der OIF definierte kohärente DWDM-Schnittstelle für verstärkte Punkt-zu-Punkt-Verbindungen mit einer Reichweite von bis zu 120 km. Da es sich hierbei um eine andere Technologie als die hier behandelten Kurzstrecken-Optiken handelt, sollten Sie diese in Ihrem Verkabelungsplan für Gebäude nicht berücksichtigen.
400 g Port Parallel MPO vs. WDM LC

400G-Optik und die Glasfaser, die jeder braucht

Diese Entscheidung ist ausschlaggebend für Ihre Verkabelung. Deshalb haben wir die IEEE-400G-Schnittstellen, auf die Sie in einem Rechenzentrum am ehesten stoßen werden, nebeneinander aufgeführt.

400G-SchnittstelleIEEE-StandardGlasfaser und ReichweiteFasern und SteckverbinderMaximale Einfügedämpfung pro Kanal
400GBASE-SR8802,3 cm (2020)OM3 70 m, OM4 100 m16 Fasern, MPO1,8 dB (OM3), 1,9 dB (OM4)
400GBASE-SR4.2802,3 cmOM3 70 m, OM4 100 m, OM5 150 m8 Fasern, MPO (bidirektional, 850/910 nm)1,7 dB (OM3), 1,8 dB (OM4), 2,0 dB (OM5)
400GBASE-DR4802.3bs (2017)Single-Mode, 500 m8 Fasern, MPO3,0 dB
400GBASE-FR4802,3 cu (2021)Einmoden, 2 kmDuplex-LC, 4 CWDM-Wellenlängen4,0 dB
400GBASE-LR4-6802,3 cuEinmoden, 6 kmDuplex LC6,3 dB
Quelle: Zusammenfassungen des TIA Fiber Optics Technology Consortium zu den Anwendungen nach IEEE 802.3.
Vergleich von 400-g-Glasfasersteckern

Aus dieser Tabelle würden wir drei Dinge entnehmen:

  1. Paralleloptik verwendet MPO; WDM-Optik verwendet Duplex-LC. SR8, SR4.2 und DR4 übertragen jede Lane über eigene Fasern, daher benötigen sie MPO/MTP-Stecker. FR4 und LR4-6 bündeln vier Wellenlängen auf ein einziges Faserpaar, sodass ein standardmäßiges LC-Duplex-Patchkabel ausreicht.
  2. Zähle die Fasern, nicht nur den Stecker. SR8 nutzt 16 Fasern, benötigt also einen 16-Faser-MPO (in der Regel MPO-16). Ein 12-Faser-MPO funktioniert nicht. DR4 und SR4.2 verwenden acht Fasern. Bei einem 12-Faser-MPO sind vier Sende- und vier Empfangsfasern aktiv, während die vier mittleren Positionen leer bleiben.
  3. Single-Mode-MPO-Stecker sind in der Regel APC-Stecker. 400G-DR4-Module namhafter Hersteller sind mit MPO-12/APC spezifiziert. Cisco gibt für sein QSFP-400G-DR4-Modul “MPO-12 SMF APC” an, und die DR4-Optiken von NVIDIA verwenden eine 8-Grad-APC-Stirnfläche, um Rückreflexionen abzulenken. APC- und UPC-Stecker dürfen niemals miteinander verbunden werden; siehe unseren Leitfaden: APC vs. UPC.

Eine allgemeine Anleitung zur Auswahl passender Patchkabel für Transceiver-Anschlüsse finden Sie unter Wie wählt man Glasfaser-Patchkabel für optische Module aus?. Grundlegende Informationen zu MPO finden Sie im Leitfaden zu MPO-Steckverbindern.

400G-Breakout: Was funktioniert und was nicht

Mit „Breakout“ kann ein 400G-Port mehrere Ports mit geringerer Übertragungsrate versorgen. Dies ist eine der nützlichsten Funktionen von 400G und zugleich eine der häufigsten Fehlerquellen.

Was funktioniert. Ein DR4-Port überträgt vier unabhängige 100G-Lanes über vier Glasfaserpaare und kann somit in vier 100G-Verbindungen mit jeweils einer Wellenlänge aufgeteilt werden. Cisco gibt beispielsweise an, dass sein QSFP-400G-DR4 “4x100G-DR1/FR1 und 2x200G-DR2 Breakout” unterstützt. Verbinden Sie ihn über ein MPO-12/APC-Kabel mit vier LC-Duplex-Breakout-Kabeln oder verlegen Sie einen MPO-Trunk zu einem Patchfeld, das zu LC-Ports verzweigt ist.

Was nicht funktioniert.

  • FR4 und LR4 lassen sich nicht passiv aufteilen. Ihre vier Kanäle teilen sich ein Glasfaserpaar auf verschiedenen Wellenlängen, sodass nichts mit einem Fan-Out-Kabel aufgeteilt werden muss.
  • DR4-Leitungen sind nicht mit 100G-LR4 kompatibel. Ein 100G-LR4-Modul multiplexiert ebenfalls vier Wellenlängen auf ein Kabelpaar. Es handelt sich dabei nicht um die 100G-Schnittstelle mit einer einzigen Wellenlänge, die ein DR4-Kanal erwartet. Passen Sie die Gegenstelle an Modultypen der DR1/FR1/LR1-Klasse an, die Ihr Switch-Anbieter unterstützt.
  • „Breakout“ ist sowohl eine Anschlussart als auch ein Kabel. Der Switch-Port muss für den Breakout-Modus konfiguriert sein. Wenn nur zwei der vier 100G-Verbindungen hergestellt werden, überprüfen Sie zunächst den Port-Modus. Überprüfen Sie anschließend nacheinander jedes Glasfaserpaar auf Polarität, eine verschmutzte Endfläche oder eine beschädigte Glasfaser.

Halte es ordentlich. Ein Rack voller Abzweigkabel wird schnell unübersichtlich. Wählen Sie Legelängen, die zum Rack passen, anstatt eine Standardlänge zu verwenden. Wenn Sie viele Abzweige haben, sollten Sie in Erwägung ziehen, MPO-Trunks zu einem Patchfeld zu verlegen und die LC-Seite vor Ort zu patchen. Jedes zusätzliche gesteckte Paar beansprucht einen Teil des Verlustbudgets, planen Sie dies daher zunächst auf Papier.

Beispielsweise liefern wir ein MPO-8-zu-4×LC-Verteilerkabel, Singlemode, APC auf UPC.

400 g Breakout-DR4 vs. FR4

Checkliste für die physikalische Schicht vor der Inbetriebnahme von 400G

Unserer Erfahrung nach sind die meisten Probleme mit 400G-Verbindungen in einer Neuinstallation auf die passive Ebene zurückzuführen. Gehen Sie diese Punkte durch, bevor Sie die optischen Komponenten einschalten.

  1. Faseranzahl und MPO-Größe. Schließen Sie die 8-Faser-Schnittstellen (DR4, SR4.2) und die 16-Faser-Schnittstellen (SR8 sowie die unten aufgeführten 800G-Schnittstellen) an den entsprechenden MPO-Stecker an. Beachten Sie, dass “MPO-12” bei einer DR4-Verbindung acht aktive Fasern bedeutet.
  2. Fasertyp und Endfläche. Verwenden Sie für DR4 OS2-Singlemode mit APC, für SR8 und SR4.2 OM3/OM4/OM5-Multimode und für FR4/LR4-6 Singlemode-Duplex-LC. Mischen Sie APC und UPC an keiner Stelle des Kanals.
  3. Angeheftet vs. nicht angeheftet. Bei MPO-Steckverbindern wird ein Stecker (männlich) mit einer Buchse (weiblich) verbunden. Transceiver-Anschlüsse verfügen in der Regel über Stifte, daher sollten die Enden der Patchkabel, die dort eingesteckt werden, stiftfrei sein. Überprüfen Sie dies bei jedem Trunk, Adapter und Patchkabel.
  4. Polaritätsmethode. Die TIA definiert drei Polaritätsverfahren: A, B und C. Diese sind untereinander nicht kompatibel. Wählen Sie ein Verfahren für den gesamten Kanal aus und stellen Sie sicher, dass die Trunks, Adapter und Patchkabel diesem Verfahren entsprechen.
  5. Schadensbudget. Die IEEE-Grenzwerte sind eng bemessen. Ein DR4-Kanal erlaubt insgesamt 3,0 dB, wovon 2,75 dB auf Anschlüsse und Spleiße entfallen. SR8 über OM4 erlaubt nur 1,9 dB für den gesamten Kanal. Jedes Patchfeld fügt gesteckte Adernpaare hinzu, weshalb verlustarme MPO/MTP-Kabel in einer strukturierten 400G-Verkabelung wichtig sind. Rechnen Sie Ihre geplanten Verbindungen mit ein und vergleichen Sie sie mit dem Kanalgrenzwert, bevor Sie bestellen.
  6. Überprüfen und reinigen. Die Norm IEC 61300-3-35 legt fest, wie die Endflächen auf Verunreinigungen und Mängel zu prüfen sind. Prüfen Sie die Endflächen, reinigen Sie sie bei Bedarf und prüfen Sie sie anschließend erneut. Die Norm weist außerdem darauf hin, dass die Sichtprüfung die Messung des Einfügedämpfungsverlusts und des Rückflussdämpfungsverlusts nicht ersetzt; prüfen Sie daher auch die Verbindung.
  7. Beschriften Sie alles. Beschriften Sie beide Enden jedes Hauptkabels und jedes Abzweigkabels mit Port, Glasfaseranzahl und Polarität. Die nächste Person, die um 2 Uhr morgens eine Verbindung überprüfen muss, wird es Ihnen danken.

Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Bestellung finden Sie unter So legen Sie MPO/MTP-Patchkabel fest.

Planung Ihrer 400G-Verkabelung für 800G

Nur wenige Teams installieren 400G, ohne uns nach 800G zu fragen. Die Antwort hängt davon ab, welchen Weg die 800G-Optiken nehmen.

  • MPO-12/APC kann übertragen werden. Der 800G-OSFP-Transceiver mit zwei Anschlüssen von NVIDIA für Switches besteht im Grunde aus zwei 400G-DR4-Engines in einem Modul und verfügt über zwei MPO-12/APC-Anschlüsse. Auch die ConnectX-8 800G-DR4-Optik nutzt MPO-12/APC und verfügt über vier 200G-Lanes. Eine gut ausgebaute MPO-12/APC-Single-Mode-Infrastruktur kann daher für diese Komponenten genutzt werden. Prüfen Sie zunächst die Reichweiten- und Dämpfungsspezifikationen des Moduls, da höhere Lane-Raten mit anderen Grenzwerten einhergehen können.
  • Für 16-Faser-Schnittstellen werden 16 Fasern benötigt. IEEE 802.3df (2024) definiert 800GBASE-DR8 als 16 Singlemode-Fasern bis zu 500 m (3,0-dB-Kanal) und 800GBASE-SR8 als 16 Multimode-Fasern bis zu 100 m auf OM4 (1,8-dB-Kanal). Wenn Ihre Trunks pro Verbindung nur acht nutzbare Fasern führen, benötigen diese Schnittstellen eine neue Verkabelung.
  • Was nun zu tun ist. Wählen Sie eine Faseranzahl für die Trunk-Verbindungen, die Spielraum für zukünftiges Wachstum lässt, bleiben Sie bei OS2-Singlemode-Kabeln für alles, was über eine Reihe hinausgeht, standardisieren Sie die Polaritätsmethode und führen Sie Aufzeichnungen über die gemessenen Verbindungsverluste. Anhand dieser Aufzeichnungen können Sie erkennen, ob bei einem 800G-Upgrade die bestehende Infrastruktur weiterverwendet werden kann oder ob neue Kabel benötigt werden.

Beschaffung passiver 400G-Verbindungselemente von YingFeng

YingFeng verfügt über mehr als 25 Jahre Erfahrung in der Herstellung von Glasfasern. Die Anfänge der Produktion reichen bis ins Jahr 1982 zurück, und das Unternehmen unterhält zwei Produktionsstätten in Ningbo und Dongguan. Für 400G- und 800G-Projekte liefern wir:

Wir bieten OEM-/ODM-Dienstleistungen an, und Muster sind auf Anfrage erhältlich. Senden Sie uns Ihre Transceiver-Modelle und die Anzahl der Anschlüsse, und wir schlagen Ihnen ein passendes Patchkabel sowie eine Breakout-Liste vor.

FAQ

Was ist 400-Gbit/s-Ethernet?

400-Gbit/s-Ethernet (400GbE) ist die IEEE-Ethernet-Übertragungsrate von 400 Gigabit pro Sekunde, die erstmals in IEEE 802.3bs-2017 standardisiert wurde. Die Datenübertragung erfolgt über 4 oder 8 PAM4-Lanes, je nach optischem Modul über Multimode- oder Singlemode-Glasfaser.

Beides. SR8 und SR4.2 werden über OM3-/OM4-/OM5-Multimode-Glasfaserkabel mit einer Reichweite von bis zu 70–150 m übertragen. DR4, FR4 und LR4-6 werden über Singlemode-Glasfaserkabel mit einer Reichweite von 500 m, 2 km bzw. 6 km übertragen.

DR4 verwendet einen MPO-Stecker mit acht aktiven Singlemode-Fasern, in der Regel vom Typ MPO-12/APC.

Ja, sofern es sich um einen DR4-Anschluss handelt und der Switch den Breakout-Modus unterstützt. Jede Lane ist mit einem 100G-Modul mit einer einzigen Wellenlänge verbunden, beispielsweise DR1 oder FR1. FR4- und LR4-Module können nicht mit passiven Kabeln aufgeteilt werden.

800G hält Einzug in neue KI-Cluster, doch 400G-Ports sind nach wie vor weit verbreitet. Viele 800G-Geräte sind nach wie vor in 2×400G unterteilt. Eine auf MPO-12/APC-Singlemode basierende Verkabelung kann oft weiterverwendet werden, während 16-Faser-Schnittstellen wie 800GBASE-DR8 16-Faser-Verbindungen erfordern.

Externe Verweise