# Faserring: Die BiDi (Bidirektional) oder WDM Technologie

- **Sprache:** DE
- **Veröffentlicht am:** 2025-12-16

In industriellen Automatisierungsnetzwerken sind Zuverlässigkeit und Betriebskontinuität entscheidend. Die in traditionellen IT-Umgebungen übliche Sterntopologie weist einen zentralen Fehlerpunkt auf (den Aggregationsswitch). Um diese Einschränkung zu überwinden, wird häufig die **Glasfaserringtopologie** verwendet, die eine **Verbindungsredundanz** bietet, die für kritische Anwendungen unerlässlich ist.

Der Einsatz von **industriellen Hutschienen-Switches (DIN Rail)**, wie sie von spezialisierten Marken für industrielles Networking angeboten werden, ist aufgrund ihrer Robustheit, Widerstandsfähigkeit gegenüber rauen Umgebungen und einfachen Integration in Schaltschränke Standard für diese Implementierungen.

## Faserring: Allgemein

### Die Schlüsselkomponenten

Für die Realisierung eines redundanten Faserrings ist die Wahl des Switches entscheidend:

1. **Managed Switch:**

- Dies ist das entscheidende Element. Der **Managed** Switch muss ein spezifisches Ring-Redundanzprotokoll für die Industrie unterstützen, wie z.B. **MRP (Media Redundancy Protocol)**, **RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol)** oder ein proprietäres Herstellerprotokoll (z.B. P-Ring, Turbo Ring, etc.).
- Er wird als **Root** oder **Manager** des Rings konfiguriert und verwaltet das dynamische Öffnen und Schließen der redundanten Verbindung, um Netzwerk-Loops zu verhindern.
2. **Andere Switches (Managed oder Unmanaged):**

- Die anderen Switches im Ring können ebenfalls **Managed** sein (und als **Client** oder **Client Node**) konfiguriert werden, um erweiterte Diagnose- und Verwaltungsfunktionen zu bieten, oder **Unmanaged** sein, wenn kompatible Ringprotokolle verwendet werden oder wenn sie kaskadiert außerhalb des Hauptrings positioniert sind.

### Wie die Ringtopologie funktioniert

In einer Ringtopologie ist jeder Switch mit seinem Nachbarn verbunden, so dass der erste und der letzte Switch in der Kette miteinander verbunden sind und den Ring schließen.

Glasfaser wird in diesem Zusammenhang gegenüber Kupfer aus zwei Hauptgründen bevorzugt:

- **Störfestigkeit:** Unerlässlich in industriellen Umgebungen mit hohem elektromagnetischem Rauschen (EMI), das von Motoren und Maschinen erzeugt wird.
- **Größere Entfernung:** Ermöglicht die Verbindung von Switches über Hunderte oder Tausende von Metern.

### Das Prinzip der Redundanz

Ein unmanaged Ring würde eine **Netzwerkschleife** erzeugen, die einen *Broadcast-Storm* und einen Netzwerkausfall verursachen würde. Aus diesem Grund muss das **Redundanzprotokoll**:

1. **Normalzustand:** Eine Verbindung („Backup-Link“) wird blockiert (im Zustand „blocked“ oder „blocking“), um eine Schleife zu verhindern. Der Datenverkehr folgt einem primären Pfad durch den Ring.
2. **Failover-Zustand:** Wenn die primäre Verbindung unterbrochen wird (z.B. Faserbruch), erkennt der **Manager/Root** Switch den Fehler und **entblockt sofort** den Backup-Link.
3. **Rekonfigurationszeit:** Fortschrittliche Industrieprotokolle (wie P-Ring oder MRP) gewährleisten eine sehr schnelle Rekonfigurationszeit, oft unter **20-50 Millisekunden** (ms), was eine nahezu sofortige Wiederaufnahme der Kommunikation garantiert.

### Vorteile eines Glasfaserringnetzes

| **Vorteil** | **Beschreibung** |
|---|---|
| **Redundanz** | Der Hauptvorteil. Ein Fehler an einer beliebigen Stelle des Rings unterbricht das Netzwerk nicht; der Datenverkehr wird in wenigen Millisekunden umgeleitet. |
| **Geringe Latenz** | Glasfaser gewährleistet eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit und minimale Latenz, unerlässlich für Echtzeit-Steuerungsdaten. |
| **Einfache Verkabelung** | Erfordert eine einfachere Punkt-zu-Punkt-Verkabelung im Vergleich zu einer Sterntopologie mit Verkabelung, die zu einem zentralen Punkt zurückführt. |
| **Skalierbarkeit** | Einfache Erweiterung durch Hinzufügen neuer Switches als „Knoten“ zwischen zwei bestehenden Switches im Ring. |
| **Industrielle Robustheit** | DIN-Rail-Switches sind für den Betrieb unter extremen Bedingungen (Temperatur, Vibrationen, Feuchtigkeit) ausgelegt und gewährleisten die Langlebigkeit der Infrastruktur. |

Die Erstellung eines Glasfaserrings unter Verwendung von gemanagten industriellen DIN-Rail-Switches ist die effektivste Methode, um ein **hochverfügbares und widerstandsfähiges** Netzwerk-Backbone in der Industrieautomation und -steuerung aufzubauen.

## Die bidirektionale Revolution: SFP BX für lange Glasfaserringe

Modernes Networking erfordert immer mehr Effizienz, insbesondere bei Glasfaserverbindungen über lange Distanzen. Für Architekturen wie Ringtopologien oder Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, die sich über bis zu **20 km** erstrecken müssen, können herkömmliche Duplex-SFP-Transceiver (Small Form-factor Pluggable) mit zwei Fasern in Bezug auf die Verkabelung aufwendig werden.

Die Lösung für diese Herausforderung sind **SFP-Transceiver vom Typ BX** (Bi-Directional), die Singlemode-Fasern nutzen, um die Infrastruktur zu optimieren und den Faserverbrauch zu halbieren, während eine Hochgeschwindigkeits-Vollduplex-Kommunikation aufrechterhalten wird.

### Das Herzstück der Technologie: SFP BiDi (BX)

Ein Standard-SFP benötigt zwei Singlemode-Glasfasern (SMF) für eine Vollduplex-Verbindung: eine für den Sendestrom (TX) und eine für den Empfangsstrom (RX).

Die **BiDi (Bidirektionalen) SFP-Module**, kommerziell als **BX** bezeichnet, revolutionieren dieses Schema. Sie sind für den Betrieb über eine **einzige Glasfaser (Simplex)** ausgelegt, was die gleichzeitige Übertragung und den Empfang von Daten über dasselbe Kabel ermöglicht.

#### Das Wesen des Typs BX

Der Schlüssel zu dieser Effizienz ist die Technik des **WDM (Wavelength Division Multiplexing)**, die zwei unterschiedliche und nicht interferierende Lichtwellenlängen verwendet, um die Datenströme in beide Richtungen zu trennen:

1. **Übertragung (TX) und Empfang (RX) erfolgen auf unterschiedlichen Wellenlängen.**
2. Ein Filter innerhalb des Moduls trennt das eingehende vom ausgehenden Licht.

#### Das obligatorische Paar

Damit die Kommunikation funktioniert, müssen BiDi-Module immer in **komplementären Paaren** an den beiden Enden der Verbindung installiert werden:

| **SFP-Modul** | **Sendet (TX)** | **Empfängt (RX)** | **Code-Beispiel** |
|---|---|---|---|
| **Seite A (Upstream)** | 1310 nm | 1550 nm | 1000BASE-**BX10-U** |
| **Seite B (Downstream)** | 1550 nm | 1310 nm | 1000BASE-**BX10-D** |

*Hinweis: Die gebräuchlichste Wellenlänge für das „Upstream“-Signal ist 1310 nm und für das „Downstream“-Signal 1550 nm, oder umgekehrt, je nach Hersteller.*

### Anwendung in Langstreckenringen (bis zu 20 km)

Die Besonderheit dieser SFP-BX-Module ist, dass sie fast immer für **Monomodefasern (SMF)** ausgelegt sind. SMF ist die einzig praktikable Wahl für Netzwerkverbindungen, die 300 Meter überschreiten und problemlos die für Metropolnetze oder ausgedehnte Verteilerringe erforderlichen Spezifikationen von **20 km** (oder sogar mehr) erreichen.

#### Strategische Vorteile

- **Kostenreduzierung:** Der Hauptvorteil ist die **50%ige Einsparung bei der Glasfaserinfrastruktur**. In einem Metropolring oder Rechenzentrum, wo die Verkabelung teuer ist, führt dies zu einer erheblichen Senkung der Implementierungs- und Wartungskosten.
- **Vereinfachung der Verkabelung:** Weniger Fasern zu verwalten und zu verfolgen, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Verbindungsfehlern reduziert wird (eine einzelne Faser kann nicht vertauscht werden).
- **Raumeffizienz:** Die Verwendung einer einzigen Faser in einem Bündel oder Kabelkanal erhöht die Gesamtdichte, ein entscheidender Vorteil in überlasteten Umgebungen.

### Wichtige technische Spezifikationen

Bei der Auswahl eines SFP BX für einen 20-km-Ring ist es entscheidend, die korrekten technischen Spezifikationen zu gewährleisten:

- **Standard:** Typischerweise 1000BASE-BX10, 1000BASE-BX20 oder 1000BASE-BX40, wobei die Zahl die unterstützte Entfernung angibt (10, 20 oder 40 km). Für 20 km ist das Modell **BX20** ideal.
- **Faser:** Zwingend **Single Mode Fiber (SMF)**, oft als OS1 oder OS2 bezeichnet.
- **Anschluss:** Das Modul verwendet einen einzelnen **LC-Simplex-Stecker**.
- **Optische Leistung (TX/RX):** Die Leistungs- und Empfindlichkeitsspezifikationen müssen für die vorgesehenen 20 km geeignet sein, um ein ausreichendes *optisches Budget* für die Signaldämpfung zu gewährleisten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass SFP-Module vom Typ BX eine leistungsstarke und kostengünstige Lösung für Langstrecken-Glasfasernetze darstellen, die es ermöglichen, robuste und zukunftssichere Vollduplex-Infrastrukturen mit der Hälfte der Verkabelung aufzubauen.

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Quelle: https://shop2.marcomweb.it/de/news/faserring-die-bidi-bidirektional-oder-wdm-technologie

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