100 Gigabit Ethernet -Това

Съдържание

Дати на пускане на чернови на решения на работна група P802.3ba:

Физически слой

Стандартите 40/100 Gigabit Ethernet описват няколко различни стандарта за физически слой (PHY). Мрежовите устройства могат да използват различни типове PHY чрез използване на модули за добавяне на PHY. Модулите, използващи оптично влакно, са стандартизирани в 802.3ba и в различниспоразумения за множество източници,MSA(споразумения с производители). Един стандартизиран модул, който поддържа както 40, така и 100 Gigabit Ethernet, е CFP MSA (C form-factor pluggable) [7] , който може да се използва за разстояния от 100 метра или повече. Модулите QSFP и CXP осигуряват работа на по-къси разстояния [8] .

Стандартът 802.3ba поддържа само работа с пълен дуплекс [9] .

При разработването на PHY частта на стандарта бяха поставени следните цели:

Запазете 802.3 Ethernet формат на рамка, като използвате 802.3 MAC формат
Запазете минималния и максималния размер на рамката (FrameSize), които съответстват на текущата версия на стандарта 802.3
Уверете се, че в точката на свързване на MAC/PLS процентът на грешка (en:Bit error ratio) не е по-висок (т.е. не повече от 1 грешка средно за всеки бит)
Осигуряване на подходяща поддръжка за оптични транспортни мрежи (англ.Optical Transport Network, OTN)
Скорост на трансфер на данни на ниво MAC в 40 и 100 гигабита в секунда
Разработване на опции за PHY слой за работа чрез едномодово оптично влакно (SMF), OM3 многомодово оптично влакно (MMF), кабели с медни проводници и през задни платки.

Стандартизирани са следните PHY варианти:

Задачапредаването на 40 и 100 Gbit/s сигнал през 100 m OM3 оптичен кабел (40GBASE-SR4 и 100GBASE-SR10) беше разрешено с помощта на вълни около 850 nm, подобно на това на стандарта 10GBASE-SR.

Предаването на сигнал със скорост 40 Gbps през печатни платки на разстояния до 10 m (40GBASE-KR4) се осъществява с помощта на 4 линии на стандарта 10GBASE-KR.

Работата на разстояния от 10 и 40 км се осъществява с помощта на 4 различни дължини на вълната (около 1310 nm) и с помощта на оптични елементи със скорост на данни от 25 Gbps (за 100GBASE-LR4 и 100GBASE-ER4) и 10 Gbps (за 40GBASE-LR4). [10] .

Готови продукти за ниво PHY

Групирани по внедрени PHY опции.

Понастоящем не е налична информация за създаване на модули 40/100GbE за задните платки. Многоканалните 100GbE връзки с малък обсег обаче изглеждат по-обещаващи по отношение на цена и надеждност от използваните в момента планарни масиви от повърхностно излъчващи 10Gbps лазери (VCSEL масиви) и най-вероятно ще се появят в продукти с оптична превключваща матрица в близко бъдеще, като Juniper TX и Cisco CRS FCC.

меден кабел

През 2009 г. Quellan обяви създаването на Evaluation Board [11], но не предостави готови модули.

Многомодово оптично влакно

Mellanox [12] и Reflex Photonics [13] обявиха началото на продажбите на CFP модули за многомодови влакна.

едномодово оптично влакно

Finisar [14] , Sumitomo Electric Industries [15] и OpNext [16] на Европейския панаир за оптични комуникации (EnglishECOC) през 2009 г. демонстрираха едномодови 40 и 100 Gigabit Ethernet модули, базирани на стандарта CFP MSA.

Поддръжка в комерсиалнатапродукти

За разлика от ситуацията в края на 90-те години на миналия век, когато липсата на високоскоростни опорни рутерни интерфейси задържа развитието на целия Интернет, увеличението на транспортните скорости от 10 до 100 гигабита в секунда през 10-те години на миналия век беше мотивирано главно от икономически съображения, като намаляване на броя на вълните, необходими в опорните оптични мрежи, намаляване на разходите за свързване в големи центрове за обработка на данни и точки за обмен на трафик и намаляване на загубите на капацитет поради дисбаланс на трафика в паралелни групи от 10 Gbit канали. В същото време много опорни телекомуникационни оператори се стремят да преминат директно от използването на 10Gbps SONET / SDH, заобикаляйки междинната фаза от 40Gbps, към 100Gbps Ethernet интерфейси и да спечелят в разходите поради очаквания бърз спад в цената на последните.

Важен фактор за очакваното намаление на цената беше отказът от разработването на отделни канални схеми за SONET/SDH и Ethernet. Де факто, 100 Gigabit Ethernet сега се превърна в единствения формат на рамката на върха на йерархията на оптичната скорост (ODU4), което гарантира паралелно намаление на цените с увеличаване на производството на 100 Gbit интерфейси както за опорни, така и за локални мрежи. Следващото ниво на йерархията трябва да бъде форматът ODU5, който е планиран изключително за използване в 400 Gbit Ethernet мрежи.

При разработването на 100Gb системи индустрията трябваше да преодолее следните технологични предизвикателства:

разработване на модулация на сигнала и схеми за кодиране, които позволяват предаване на 100 Gbit потоци на достатъчно разстояние в оптичната C-лента (1530-1565 nm)
разработване на нови оптични източници и приемници, съчетани с оборудване за оптична корекция (усилватели, компенсатори на дисперсия, селективни филтри и т.н.)
разработване на електронни линейни карти, Ethernet MAC чипове и мрежови процесори за поточна обработка на пакети данни със скорост от 100 Gbps

Като цяло решението на тези проблеми изискваше значителни инвестиции в интелектуална собственост, което допринесе за забавянето на излизането на крайните продукти на пазара. Въпреки факта, че повечето производители на оптично и електронно оборудване обявиха поддръжка за 100Gb системи през 2009-2010 г. и редовно тествани системи с различна степен на готовност, широкото въвеждане на 100Gb Ethernet не започна до 2011 г.

Оптичен транспорт, поддържащ 100 Gigabit Ethernet

Тъй като предаването на оптичен сигнал в нелинейна среда (оптично влакно) е фундаментално аналогов проблем, напредъкът в тази област се забавя и много повече от намаляващия напредък в литографията на цифрови електронни схеми (описана от емпиричния закон на Мур). В резултат на това, въпреки че 10Gbps оптични интерфейси и транспортни системи съществуват от средата на 90-те години, първите успешни опити за предаване на 100Gbps потоци в оптични мрежи се случиха повече от 15 години по-късно. В допълнение, първите опорни 100 Gbit системи бяха обект на редица сериозни ограничения, включително висока цена поради използването на уникални лазерни системи, както и значителни изисквания за енергия и размер, които изключваха пускането на трансивъри в компактни формати (като SFP+), разработени преди това за 1 Gbit, 2,5 Gbit и 10 Gbit сигнали.

Подобряването на оптичните транспортни системи за предаване на 100 Gb Ethernet неизбежно ще се случи в посока на намаляване на тяхната цена, като могат да се използват следните обещаващи.технологии: съвместно предаване на сигнал от два 50Gb лазера с по-ниска цена в една специална честотна лента, широко разпространено използване на цифрова обработка на сигнала (DSP) за коригиране на нелинейностите, намаляване на броя на оптоелектронните (OEO) преобразувания в транспортната система поради поддръжката на външни източници на сигнал (чужди ламбда) и т.н.

Първите пакетни маршрутизатори и комутатори, поддържащи 100-Gigabit Ethernet

Наличието на линейни оптични 100 Gbit системи за предаване на данни позволява намаляване на броя на необходимите дължини на вълните в DWDM системите и увеличаване на количеството данни, предавани през съществуващата кабелна инфраструктура. Въпреки това, използването на 100 Gb оптичен транспорт за предаване на паралелни 10 Gb потоци от данни намалява ефективността на статистическото мултиплексиране в пакетни мрежи и също така изисква 10x10 Gb muxponders за договаряне на формата. Поради тази причина опорните оператори проявяват интерес към преминаване към поддръжка на 100Gb Ethernet директно в интерфейса на рутера (пакетен комутатор).

Трудността при разработването на чипсет за поддръжка на 100 Gbit Ethernet се крие в необходимостта да се осигури висока производителност с равномерно натоварване на интерфейса, независимо от параметрите на входящия трафик и липсата на пермутации на пакети в рамките на един IP / MPLS поток - последното изискване прави паралелизирането на един пълен дуплекс 100 Gbit интерфейс между няколко (2 или 4) отделни мрежови процесора технически трудно. Допълнителни трудности създава дизайнът на линейните карти - поради повишените изисквания към размера и охлаждането на 100Gb оптика и недостига на 100Gb трансивъри на пазара, пионерите на 100Gb мрежово оборудване бяха принудени да провеждат независимиили съвместни оптоелектронни разработки, за да се отговори на строгите линейни и енергийни ограничения на съвременните мрежови устройства. Очаква се, че когато търговските електронни и оптични компоненти на 100 Gbit решения навлязат на свободния пазар, списъкът на доставчиците на такива системи ще расте, а цените активно ще намаляват.

Alcatel Lucent

Възможно обяснение за толкова голямо забавяне е уникалната архитектура на пакетните продукти на Alcatel-Lucent, първоначално ориентирани към предоставяне на услуги на периферията на мрежата (VPLS, PPPoE, разширена структура на опашката).

Всъщност Alcatel-Lucent произвежда само едно основно семейство рутери (Alcatel 7750), закупени от Timetra Networks. През 2011 г. единствената масово произвеждана елементна база за семейството беше патентован мрежов процесор FP2 с пълна дуплексна производителност от 50Gbps. Според документацията на компанията, два FP2 чипсета също могат да бъдат инсталирани в противоположна, полудуплексна 100Gb конфигурация, което позволява 100Gb Ethernet интерфейс без балансиране на потока между чиповете. Такава хардуерна конфигурация обаче е изпълнена с дисбаланс на натоварването поради факта, че броят на входните операции (входящо търсене) обикновено надвишава броя на необходимите изходни операции (изходно търсене) - което може да не е достатъчно за стабилна работа на решението в реална мрежа.

Занапред Alcatel-Lucent планира да мигрира платформата 7750 към 400Gb FP3 чипсет, обявен през май 2011 г. [21], който може да бъде първият истински 100GE продукт на компанията на актуализираната платформа 7750.

Линията MLXe от високоскоростни рутери използва мрежови процесори и оптика на трети страни; платформаподдържа минимум услуги както в пакетния (основен IP / MPLS превключвател), така и в оптичния (разнообразие от трансивъри) диапазон. Brocade позиционира първия си 100Gb Ethernet продукт за MLXe (линейна карта с 2 порта) във входния ценови сегмент, с допълнителен лиценз за използване на втори порт.

През 2008 г. Cisco, заедно с Comcast, обявиха успешни изпитания на 100-gigabit Ethernet (100GbE) върху съществуващата оптична инфраструктура между Филаделфия, Пенсилвания [24] и Маклийн, Вирджиния. Използвани са маршрутизатори Cisco CRS-1 и оптични канали DWDM [25]. Тази демонстрация обаче не възпроизвежда пълна дуплексна 100Gbps Ethernet връзка, тъй като CRS-1 поддържа само до 40Gbps на слот. Очевидно при теста от 2008 г. натоварването на интерфейса не може да надвишава половината от изчислената скорост.

В допълнение към закъсненията във внедряването на чипсета за поддръжка на 100GbE, позицията на Huawei може да бъде отслабена и от инсталираната база NE5000e, повечето от които не са съвместими с новите карти 100Gb/слот и 200Gb/слот. По този начин, въпреки много ранното обявяване на 100GbE продукти, шансовете на Huawei да реализира печалба на пазара на 100GbE през 2011 г. са малки.

Juniper Networks

Интересното е, че пазарът на 100Gbps решения за рутери като цяло повтори ситуацията с пускането на 10Gbps интерфейси преди десетилетие - де факто пионерът в предлагането беше Juniper, който изпревари с няколко месеца най-големия си съперник Cisco. Към тях се присъедини нов мрежов клон на Brocade, докато останалите участници на пазара не успяха да се закрепят в първата вълна.