Мрежови интерфейсиEthernet 40 и 100 Gbit
Експлозивното нарастване на обема на предаваните данни и съответно необходимостта от непрекъснато разширяване на честотната лента на комуникационните канали доведе до появата на мрежови интерфейси Ethernet 40 и 100 Gbit / s. Какви технически решения направиха възможно осигуряването на такива скорости?
Характеристики за изграждане на нови типове Ethernet интерфейси
Стандартът IEEE 802.3ba с последващи допълнения (по-специално стандартът IEEE 802.3bg, публикуван през 2011 г., който фиксира характеристиките на 40-гигабитов едномодов оптичен интерфейс) определя ключовите параметри, без които е невъзможно да се създаде оборудване от ново поколение. Това оборудване се нарича общо 40G Ethernet и 100G Ethernet (или съответно 40GbE и 100GbE); Разработена е цяла система от суфикси за указване на вида на предавателната среда, броя на каналите, обхвата и други параметри.
При създаването на технология с ново ниво на производителност беше използван цял арсенал от различни техники, както вече тествани (включително традиционно заимствани от комуникациите на дълги разстояния), така и напълно нови.
Оборудването 802.3ba използва традиционния формат на Ethernet рамка, за да осигури оперативна съвместимост, да опрости докинг с по-бавни предшественици и да подобри производителността. Параметрите на оборудването и предавателните пътища, независимо от техния дизайн, се избират и нормализират по такъв начин, че вероятността от битови грешки на линейните сигнали да не надвишава 10-12.
За да се съкрати времето и да се намалят разходите за научноизследователска и развойна дейност, за нови типове интерфейси на среда ина големи разстояния, утвърдената 10G Ethernet технология беше избрана за прототип. Нивото, постигнато с прототипа, е основно съобразено с услугата, която се предоставя на системния администратор в областта на диагностиката и управлението.
Хардуерните опции от 40 и 100 гигабита не се разглеждат като конкуриращи се, а по-скоро като допълващи се. Предполага се, че 40G Ethernet системите ще обслужват главно сървъри, докато 100-Gigabit технологията е фокусирана главно върху различни магистрални линии в центровете за данни.
Избор на брой канали за предаване и скорост на канала
Естествено, работата по нови видове мрежови интерфейси започна с техните оптични разновидности. Необходимостта от едновременно пускане на спецификации за оборудване, което поддържа различни скорости на предаване, принуди разработчиците да предприемат мерки за максимално уеднаквяване. Отправната точка беше фактът, че възможностите на съвременната микроелектроника не позволяват пряка или индиректна модулация на линеен носител със сигнали със скорост 100 Gbit/s. Ситуацията не се спасява нито от използването на такъв източник на светлина с ниска инерция като лазер като предавател, нито от сложни многопараметрични линейни кодове. Най-доброто решение се оказа използването на схема за паралелно предаване в няколко подканала. Този подход вече е добре установен в 1G и 10G Ethernet системи, работещи по балансиран кабел.
За 100 Gb/s изглеждаше разумно да се използва комбинация от четири отделни 25 Gb потока, която се използва в оборудване за дълги разстояния. Този подход обаче, въпреки съществуващата основа и демонстрация на осъществимост, беше отхвърлен на ранен етап от работата поради незадоволителни характеристики на разходите.
Методът за постигане на необходимата скорост, избран в резултат на създателите на стандарта, ви позволява да сведете до минимум количеството R&D. В същото време не е необходимо да се търсят нови модулационни схеми, линейният сигнал се формира с помощта на традиционните и доста задоволителни изисквания на практиката за мулти-гигабитови 64V66V блокови кодиращи системи.
Принципите на изграждане на 100G Ethernet интерфейс почти автоматично задават скоростта на информацията на втората версия на оборудването от следващо поколение, като я фиксират на стойност от 40 Gbps. Можем да кажем, че 40G Ethernet интерфейсът е съкратена версия на своя по-бърз двойник.
Многомодови оптични интерфейси
Използването на схема за паралелно предаване във високоскоростни интерфейси позволява не само да се постигне висока производителност на технологията от следващо поколение, но и да се намали нейната цена.
Относително краткият обхват, определен от фокусната област на приложение, позволява да се отслабят, в сравнение с прототипа, изискванията за максимално допустимата ширина на лазерната емисионна линия,което има благоприятен ефект върху разходните характеристики на оборудването.
Функциите на разглобяем конектор се изпълняват от многоканален продукт от типа MTP / MPO, известен повече от десет години. В същото време за 100-гигабитов интерфейс, за разлика от 40-гигабитов, в едноредовата инсталационна линия на най-често използвания на практика 12-влакнен MTP/MPO конектор не се използват две външни позиции - 1 и 12 (вижте фигурата). Изборът на точно такава схема може да се обясни както със съображения за симетрия, така и, вероятно, с удобството за изграждане на схема за автоматично определяне на скоростта. Засега тази опция не е търсена, но не е изключено рязко увеличаване на търсенето за нея в обозримо бъдеще с масовото въвеждане на 100-гигабитови решения (според някои оценки след 2015 г.). Такава схема може да се използва без ограничения както в случай на двукабелна (единият 10-влакнен комплект от влакна за предаване, вторият подобен за приемане), така и при еднокабелна (всички 20 влакна в един кабел) вариант за изграждане на 100-гигабитова линия.
Линии за комуникация на дълги разстояния
За предаване на данни на дълги разстояния се използва едномодово оптично оборудване и технология за мултиплексиране със спектрално разделяне (мултиплексиране по дължина на вълната), които са добре разработени при създаването на градски и междуградски комуникационни линии. При 40 Gb/s се използват четири оптични носителя с централни дължини на вълната 1270, 1290, 1310 и 1330 nm. Скоростта на предаване във всеки такъв подканал е 10,3125 Gbps. За 100 Gbps се използват четири оптични носителя с централни дължини на вълната 1295, 1300, 1305 и 1310 nm. Скоростта на предаване във всеки от спектралните подканали в реализациите 100GBASE-LR4 и 100GBASE-ER4 е 25 Gbps.
Решетка с оптична дължинаносителите от съображения за непрекъснатост и максимална унификация се избират в съответствие с препоръките на Международния съюз по далекосъобщения.
Къде е медта?
При изграждането на Ethernet интерфейси със суфикс T (усукана - усукана двойка проводници), които включват 1G Ethernet и 10G Ethernet, схемата за паралелно предаване, многократно спомената по-горе, се използва от края на 90-те години. последния век. Следователно увеличаването на скоростта на предаване в тях е възможно само чрез увеличаване на тактовата честота и добавяне на нови нива в кодовете на серията PAM-X. Преминаването към други схеми за кодиране най-вероятно е непрактично поради твърде много трудности при поддържането на обратна съвместимост.
Фокусната област на приложение на симетричните интерфейси са комуникационните линии в центровете за данни. Там, поради късата си дължина, те значително превъзхождат своите оптични колеги в такъв важен параметър като консумация на енергия, поради способността да работят в режим на малък обсег.
Ethernet мрежовите интерфейси от следващо поколение до голяма степен отговарят на нуждите на днешната индустрия за високоскоростни комуникации и нуждите на обозримо бъдеще.
Оборудването, стандартизирано от стандарта IEEE 802.3ba, ви позволява да създавате линии с различна дължина - от междусистемни връзки до мрежи от градски мащаб (в последния случай, без да прибягвате до ресурси на транспортната мрежа).
Характерна отличителна черта на оборудването от ново поколение е широкото използване на различни варианти на схемата за паралелно предаване.
При създаването на интерфейси от нови типове масово се използват компоненти и блокове, разработени преди това на 10-гигабитова технология, което ни позволява да се надяваме на добри разходни характеристики на оборудването дори в началото на масовото му производство.