NBase-T alias IEEE 802.3bz: Schnelle und doch sparsame Kabelverbindungen
In zwei weiteren ausführlichen Artikeln zum Anhören und Nachlesen haben wir Li-Fi und Wigig erklärt, zwei weitere Techniken für das Netzwerk der Zukunft.
Wenn es um das Local Area Network (LAN) geht, dann ist eigentlich alles da, was der Anwender braucht: Geschwindigkeit und Power over Ethernet (PoE) mit dem Ziel, die Energieübertragung zu einem Endgerät über das Netzwerkkabel zu realisieren. Seit Jahren ist das kabelgebundene Netzwerk mit 10-Gigabit-Ethernet (10GbE, 10 Gigabit/Sekunde) durchspezifiziert, und die Hardwareauswahl ist enorm. Doch während sich Ethernet mit 1 GBit pro Sekunde nahezu überall findet, bis hin zur TV-Landschaft, sieht es mit 10GbE abseits der Rechenzentren und Serverräume schlecht aus. Sehr schlecht.
In Rechenzentren geht es sogar noch weiter. 25GbE, 40GbE, 50GbE oder 100GbE sind entweder in der Entwicklung oder längst da. Aber das nur am Rande. Hier geht es um die Steigerung der Geschwindigkeit jenseits des einzelnen GBit - und das möglichst ohne Nachteile und große Investitionen. Das wünschen sich viele ambitionierte Anwender, die mitunter schon mit 10GbE arbeiten oder zumindest mit dem Gedanken einer hohen Investition spielen. NBase-T soll das lösen, mit einem Mehr an Geschwindigkeit, ohne dabei auf die Energieübertragung per Kabel zu verzichten und vor allem, ohne auf die Kabelanforderungen von 10GbE über Kupfer (10GBase-T) eingehen zu müssen.
Der Standard ist soweit, gerade wurde er offiziell als IEEE 802.3bz spezifiziert . Hardware der Mitglieder oder Unterstützer der NBase-T Alliance kann von nun an mit dem Siegel beworben werden.
10 Gigabit pro Sekunde sind doch auch gut, oder?
Doch wieso NBase-T, wenn es doch 10GbE mit immerhin der zehnfachen Geschwindigkeit des derzeit weit verbreiteten 1GbE gibt? Ganz einfach: 10GbE verbreitet sich einfach nicht. Integration in Notebooks? Fehlanzeige. Verbreitet sind allenfalls Thunderbolt-10GbE-Adapter. Bezahlbare WLAN-Router fürs Heim oder kleine Unternehmen? Gibt es nicht. Switches? Kaum unter 700 Euro zu haben. NAS-Systeme? Da geht es im Bereich kleiner Unternehmen immerhin langsam los, doch meist ist es eine teure Option, für die der Anwender sich dann entscheidet.
10GbE benötigt zu viel Energie und kann mit Energie nichts anfangen
Die Gründe dafür, dass sich 10GbE nicht durchsetzt, ja in manchen Situationen völlig ungeeignet ist, sind vielfältig. Zum einen wäre da das Fehlen von Power over Ethernet. Ohne die Möglichkeit, neben dem Netzwerksignal auf demselben Kupferkabel auch Energie zu übertragen, kann der Standard für WLAN-Installationen nur bedingt eingesetzt werden. Es wird immer ein Stromkabel für den Access Point benötigt. Für Admins ein Grund, sich gegen den Standard zu entscheiden. Das Angebot von 10GbE-WLAN-Access-Points ist dementsprechend gering, wenn auch durchaus vorhanden. Einen Xirrus-Access-Point muss man im Prinzip mit 10GbE betreiben. Alles andere ist zu langsam für die Multi-Radio-Einheiten des Herstellers.
Ein weiterer Grund für die zögerliche Verbreitung von 10GbE ist der Energiebedarf. Nicht einmal Intel ist es gelungen, seine 10GbE-Chips soweit zu optimieren, dass sie sich in Notebooks einsetzen lassen. Der Bedarf an Rechenleistung ist enorm. ARM-basierte NAS-Systeme mit 10GbE gibt es zwar beispielsweise von Qnap seit einiger Zeit mit dem Alpine AL-314 SoC(öffnet im neuen Fenster) , doch das ist die Ausnahme.
Für NBase-T braucht es nicht unbedingt eine Neuverkabelung
Admins fluchen zudem über die notwendige "Neu-Verkabelung" für 10GbE. So neu ist die 10GbE-Technik zwar nicht, doch viele Installationen setzen noch auf ungeeignete Cat5e-Kabel. Selbst Cat6-Kabel sind für 10GBase-T nicht ideal, was die Reichweite angeht. Hier kollidiert die "neue" IT-Welt mit der "alten" Realität, dem Hausbau, der häufig nicht auf die Innovationszyklen der IT-Industrie vorbereitet ist.
Nicht einmal das Verlegen von Glasfaser würde das PoE-Problem lösen. Schlimmstenfalls gibt es also drei Faktoren, die den Einsatz von 10GbE über Kupfer beispielsweise per 10GBase-T in einem Gebäude verhindern: Reichweite, Verkabelung und mangelnde Energieversorgung. NBase-T löst das alles - wenn auch nicht ohne Einschränkungen. 5GbE mit langen Kabeln kann durchaus zu Problemen führen .
Das moderne Netzwerk ist längst zu langsam
Dabei sind selbst Privathaushalte auf eine Geschwindigkeit jenseits von Gigabit fast schon angewiesen. Herkömmliche Festplatten reizen bei sequenziellen Datentransfers Gigabit-Ethernet aus. Bei SSDs ist die Schnittstelle sogar eindeutig der Flaschenhals, was etwa bei der Erstellung eines Voll-Backups des Rechners klar wird. Da könnten die Daten selbst bei Endkunden mittlerweile mit wahnwitzigen Werten aus einer Maschine geholt werden.
Fast 3,5 GByte pro Sekunde Datentransferrate werden Endkunden mittlerweile als SSD verkauft . Eigentlich ist das schwer zu handhabende 10GbE schon zu langsam, das sind nämlich in der Theorie nur 1,25 GByte pro Sekunde.
Auch in Büros wird schnelleres Ethernet benötigt - und das nicht für die Anbindung einzelner Clients. Dafür müsste die gesamte Infrastruktur aufgerüstet werden. Vielmehr geht es um die Bündelung der WLAN-Clients. Mit Bruttodatenraten von 2 bis 5 GBit/s bei Access Points mit schnellen 802.11ac-WLAN-Radios wird es mit 1 Gigabit pro Sekunde auf dem Kabel zu eng, selbst bei einer Leitungsbündelung per LACP. Für Anbindungen von Servern bietet sich eine höhere Datenrate ebenfalls an, wobei hier die Hürden geringer sind. Vom Switch zum benachbarten Server lässt sich eine 10GbE-Verbindung kostengünstig realisieren.
Interoperatibilität mit einem Plugfest sicherstellen
Eine Lösung für diese Herausforderungen bietet NBase-T alias 802.3bz: mehr Geschwindigkeit, weniger Leistungsaufnahme und zuverlässige Leistungsverteilung. Die Geschichte dahinter ist seltsam. Die NBase-T-Allianz hat sich erst Ende 2014 zusammengefunden, die Probleme erkannt und NBase-T mit 2.5GbE und 5GbE als proprietäre Lösung vorgestellt. Die IEEE wollte diese Geschwindigkeitsstufen erst nicht haben, wie uns ein Vertreter der NBase-T-Alliance sagte. Doch das Gremium wurde überzeugt und hat die Technik als 802.3bz hinterherspezifiziert, indem NBase-T eigentlich nur übernommen wird.
Für die Allianz ist das IEEE-Siegel wichtig. Ein Standard lässt sich leichter verkaufen als eine proprietäre Lösung, auch wenn diese de facto einem Standard entspricht. Außerdem dürfte es der Interoperabilität zugutekommen. Momentan existiert - böse formuliert - nur ein wilder NBase-T-Haufen, der mit sogenannten Plugfests sicherstellt, dass die Geräte miteinander funktionieren. Einfach gesagt werden Verbindungen zwischen verschiedenen Geräten ausprobiert und geschaut, ob alles funktioniert.
Das nächste Plugfest ist für den 10. Oktober 2016 geplant(öffnet im neuen Fenster) . Die Zusammenarbeit zwischen der Ethernet Alliance und der NBase-T Alliance findet damit kurz nach der abgeschlossenen Ratifizierung von NBase-T als IEEE 802.3bz statt.
NBase-T ist getrieben vom Profimarkt und Wave-2-Access-Points
Etwas größere Sorge bereitet uns, dass 2.5GbE und 5GbE derzeit vor allem auf den Profimarkt abzielen. Im WLAN-Bereich treiben dagegen die Endkunden die Entwicklung voran, wenn auch teilweise mit bedenklichen Entwicklungen . NBase-T ist jedoch so spezialisiert, dass dort auf den Business-Bereich spezialisierte Firmen wie Aruba, Cisco und Promise die wichtigen Namen sind, wie der Liste der NBase-T-Produkte zu entnehmen ist(öffnet im neuen Fenster) .
Netgear, das sich zwischen Rechenzentrums- und Endkundenmarkt bewegt, ist da eine Ausnahme, will aber dem Vernehmen nach mit der Technik erst einmal nicht in den Endkundenmarkt. Zunächst geht es darum, das Hauptproblem zu lösen: die Versorgung von 802.11ac-Wave-2-Access-Points. Laut der NBase-T-Allianz ist dies zwar der Hauptgrund für die Entwicklung von NBase-T. Wie sehr die Entwicklung noch im Anfangsstadium ist, zeigt sich aber auch daran, dass beispielsweise Aquantia erst kürzlich eine NBase-T-Lösung für SFP+-Ports angekündigt hat .
Die fragliche Zukunft von Ethernet in Mobilgeräten
Bei anderen Geräteklassen sieht es mager aus. Notebooks setzen immer seltener auf Ethernet. Auch weil die RJ45-Verbindung nie eine Micro- oder Mini-Bauform bekommen hat. Verglichen mit Mini-Displayport und USB-C benötigt eine RJ-45-Buchse einfach zu viel Platz. Es gibt zwar Ideen wie das nu45-Konzept(öffnet im neuen Fenster) . Doch es ist unwahrscheinlich, dass diese umgesetzt werden. Prinzipiell offen wäre die Nutzung des Alternate Mode von USB-C(öffnet im neuen Fenster) . MHL, Thunderbolt und selbst Displayport nutzen USB-C-Kabel für ihre Zwecke .
Das ist allerdings nicht ganz korrekt. Eigentlich gibt es Ethernet über USB-C im Alternate Mode seit kurzem offiziell. Das HDMI-Konsortium, das Ethernet über HDMI spezifiziert hat, erlaubt nämlich HDMI im Alternate Mode über USB-C , wenn auch nur mit 100 MBit/s.
Dabei sollte USB-C-Ethernet nicht mit USB-C-Ethernet-Adaptern verwechselt werden. Letzteres ist ein das USB-Protokoll sprechendes Gerät, Ersteres hingegen nicht. In der Praxis bleibt ein kleiner Ethernet-Stecker damit unrealistisch. Ethernet über HDMI hat sich schon nicht durchgesetzt, und wir gehen davon aus, dass sich Ethernet über HDMI über USB Alternate Mode hin zum USB-C-Stecker auch nicht durchsetzen wird. Aber was bleibt bei kleinen Geräten? Kommende WLAN-Entwicklungen werden steckerbasierte Netzwerke im Mobilbereich noch weiter verdrängen. Aber das behandeln wir ein anderes Mal.
Ähnlich sieht es derzeit auch im Heim- oder Kleinbüronetzwerk aus. Während Switches nicht das Problem darstellen, sind dort verbreitet Gerätetypen vorerst nicht mit NBase-T-Chips zu erwarten, was doch sehr verwundert. Gerade in NAS-Systemen würde sich der kommende Standard anbieten, doch die Hersteller sind sehr zögerlich. Seit wir auf der Cebit die ersten Hersteller befragt hatten und dies auf der Computex wiederholten, hat sich tatsächlich nichts getan. Immerhin gibt es erste Produkte für PCs und Notebooks, sei es der NBase-T-Adapter für Thunderbolt oder die Steckkarte für den PCIe-Slot .
Netzwerkhersteller konzentrieren sich auf NBase-T-Profiprodukte
2.5GbE und 5GbE sind für Qnap, Synology und Thecus kein Thema, und PC-Hersteller können mangels gut integrierbarer Chips auch noch nicht loslegen. Das ist eine Entwicklung, die im WLAN-Bereich anders war. Warum Netzwerkhersteller in der Vergangenheit massenhaft Draft-N-WLAN-Geräte verfrüht auf den Markt gebracht haben, bei NBase-T die Gelegenheit aber nicht wahrnehmen wollen, erschließt sich uns nicht vollständig.
Es könnte an der bisher mangelhaften Chip-Auswahl liegen. Eine Vormachtstellung hat dort derzeit Aquantia, das nur einen Ethernet-PHY hat, der neben 10GbE auch die NBase-T-Geschwindigkeitsstufen anbietet. Das heißt aber auch, dass 2.5GbE-Geräte nicht genug Vorteile bei der Leistungsaufnahme haben. Die Chips sind vereinfacht gesagt drosselbare 10GbE-Chips. Erst die nächste Aquantia-PHY-Generation(öffnet im neuen Fenster) gibt es mit weniger Geschwindigkeitsstufen und damit geringerem Energiebedarf. Details fehlen aber noch.
Von Marvell gibt es eine Ankündigung(öffnet im neuen Fenster) zu einem Ethernet-Transceiver, der die NBase-T-Specifikation erfüllt, aber nur 5GbE und abwärts beherrscht. Die Zielmärkte sind durchaus interessant. Neben Access-Point-Infrastruktur und Switches sind auch High-End-PCs als Vermarktungsziel angedacht. Marvell verspricht zudem eine besonders niedrige Leistungsaufnahme, ohne belastbare Zahlen zu nennen. In Access Points müssen die Chips sparsam sein, weil sonst das Powerbudget der PoE-Switches nicht ausreicht.
Für NBase-T alias 802.3bz braucht es noch etwas Geduld
Bis Endanwender NBase-T- alias 802.3bz-Produkte tatsächlich einsetzen werden, könnten Jahre vergehen. Wir gehen aber davon aus, dass 2.5GbE und 5GbE den 10GbE-Markt überholen werden. Die Ansätze dafür sind da, und die Anschaffungshürden für die ambitionierten Anwender sind jetzt schon auf dem Niveau des 10GbE-Marktes. Nur die Auswahl fehlt noch. Die vergangenen Jahre haben gezeigt, dass es für 10GbE im breiten Einsatz nicht reicht. Allenfalls die Wigig-Zukunft könnte dem Standard bei der Verbreitung schaden. Unternehmen haben wenig Alternativen zu NBase-T, so dass es zumindest einen Grundmarkt geben dürfte.
Da das Thema recht umfangreich ist, listen wir im Folgenden einige Nachrichten aus den vergangenen Jahren auf, die mit zur Entwicklung von NBase-T geführt haben oder technische Meilensteine darstellen.
- (2001) 10-Gigabit-Ethernet - Entwicklung schreitet voran
- (2004) Intel bringt Netzwerkadapter für 10-Gigabit-Ethernet
- (2005) 10-GbE-Switche von SMC
- (2010) Intels 10-GBit-Ethernet kommt bald direkt auf die Mainboards
- (2013) 10GbE-Switch unter 1.000 Euro
- (2014) PCIe 3.0 ist zu langsam für Dual-40GbE
- (2014) 25GbE wird Standard
- (2016) HDMI macht USB-C zum Ethernet-Kabel
- (2016) 5GbE klappt nicht immer mit alten Kabeln
- (2016) PCIe-4.0-Netzwerkkarte für zweimal 100GbE und NVMe over Fabrics
- (2016) Thunderbolt-Adapter für NBase-T
- (2016) Delocks NBase-T-Netzwerkkarte
- (2016) 2.5GbE- und 5GbE-Switch von Netgear
In einem weiteren Artikel werden wir betrachten, wohin das NBase-T-Kabel führen kann: In die Wigig-Technik (IEEE 802.11ad), eine enorm beschleunigte WLAN-Technik auf dem 60-GHz-Band, die insbesondere in Haushalten ihren Einsatz finden soll und parallel zu 802.11ac eingesetzt wird, sowie einen kurzen Blick auf die ungewisse Zukunft der beiden jeweiligen Nachfolger 802.11ay respektive 802.11ax werfen.