40 Gigabit Ethernet ( 40 GbE ) och 100 Gigabit Ethernet ( 100 GbE ) [1] är Ethernet- standarder utvecklade av IEEE P802.3ba Ethernet Task Force [2] mellan november 2007 och juni 2010 [3] [4] .
Dessa standarder är nästa steg i utvecklingen av Ethernet-standardgruppen, som fram till 2010 hade den högsta hastigheten på 10 Gb/s . Standarden IEEE Std 802.3ba-2010 ställer in dataöverföringshastigheten till 40 och 100 Gb/s vid delning av flera kommunikationslinjer (fil) med 10 eller 25 Gb/s.
P802.3ba Working Groups utkast till releasedatum:
Den slutliga versionen av standarden antogs den 17 juni 2010 under numret IEEE 802.3ba-2010.
40/100 Gigabit Ethernet-standarderna beskriver flera olika Physical Layer-standarder ( PHY ). Nätverksenheter kan använda olika typer av PHY genom att använda pluggbara PHY-moduler. Moduler som använder optisk fiber är standardiserade i 802.3ba och i olika multi-source avtal , MSA (avtal mellan olika tillverkare). En standardiserad modul som stöder både 40 och 100 Gigabit Ethernet är CFP MSA ( C form-factor pluggable ) [7] , som kan användas för avstånd på 100 m eller mer . Modulerna QSFP och CXP ger drift på kortare avstånd [8] .
802.3ba-standarden stöder endast drift med full duplex [9] .
Vid utvecklingen av PHY-delen av standarden sattes följande mål:
Följande PHY-varianter har standardiserats:
PHY | 40 Gigabit Ethernet | 100 Gigabit Ethernet |
---|---|---|
minst 1 m tvärs över bakplanet | 40GBASE-KR4 | |
minst 10 m över kopparkabel | 40GBASE-CR4 | 100GBASE-CR10 |
minst 100 m enligt OM3 MMF | 40GBASE-SR4 | 100GBASE-SR10 |
minst 125 m enligt OM4 MMF | 40GBASE-SR4 | 100GBASE-SR10 |
minst 10 km med SMF | 40GBASE-LR4 | 100GBASE-LR4 |
minst 40 km med SMF | 100GBASE-ER4 |
Uppgiften att sända en signal med hastigheter på 40 och 100 Gbps över en 100 m OM3 optisk kabel (40GBASE-SR4 och 100GBASE-SR10) löstes med hjälp av vågor runt 850 nm, liknande de i 10GBASE-SR-standarden.
40 Gb/s signalöverföring över kretskort (t.ex. bladserverburens bakplan) över avstånd upp till 1 m (40GBASE-KR4) realiseras med hjälp av 4 banor av 10GBASE-KR-standarden.
Drift på avstånd på 10 och 40 km implementeras med fyra olika våglängder (ca 1310 nm) och använder optiska element med en datahastighet på 25 Gb/s (för 100GBASE-LR4 och 100GBASE-ER4) och 10 Gb/s (för 40GBASE) - LR4). [11] .
Grupperad efter implementerade PHY-alternativ.
Information om att skapa 40/100 Gb/s-moduler för bakplan för närvarande[ när? ] saknas. Korta 100-gigabit flerlänksanslutningar ser dock mer lovande ut vad gäller kostnad och tillförlitlighet än de som används för närvarande.[ när? ] plana arrayer med 10 Gb/s ytemitterande lasrar ( VCSEL arrays) och kommer med största sannolikhet att dyka upp i produkter med en optisk växlingsmatris inom en snar framtid - som Juniper TX och Cisco CRS FCC.
2009 tillkännagav Quellan skapandet av en utvärderingsnämnd [12] , men tillhandahöll inga färdiga moduler.
Mellanox [13] och Reflex Photonics [14] tillkännagav försäljningsstarten av CFP-moduler för multimode fibrer.
Finisar [15] , Sumitomo Electric Industries [16] och OpNext [17] vid European Optical Communications Show ( ECOC ) 2009 demonstrerade singelmods 40- och 100-gigabit Ethernet-moduler baserade på CFP MSA -standarden .
Till skillnad från situationen i slutet av 1990-talet, när avsaknaden av höghastighetsgränssnitt för routern höll tillbaka utvecklingen av hela Internet, motiverades ökningen av transporthastigheterna från 10 till 100 Gb/s under 2010-talet främst av ekonomiska överväganden, t.ex. som: att minska antalet vågor som krävs i optiska stamnät, minska kostnaderna för sammankopplingar i stora datacenter och trafikutbytespunkter , samt minska kapacitetsförluster på grund av trafikobalans i parallella grupper om 10-gigabit-kanaler. Samtidigt har många stamnätsoperatörer försökt gå direkt från att använda 10 Gb/s SONET/SDH, förbi 40 Gb/s mellanfasen, till 100 Gb/s Ethernet-gränssnitt och öka i värde på grund av den förväntade snabba nedgången i kostnaden för det senare.
En viktig faktor i den förväntade prissänkningen var övergivandet av utvecklingen av separata kanalsystem för SONET/SDH och Ethernet. De facto har 100 Gigabit Ethernet nu blivit det enda ramformatet i toppen av den optiska hastighetshierarkin (ODU4), vilket garanterar en parallell prissänkning med en ökning av produktionen av 100 Gigabit-gränssnitt för både stamnät och lokala nätverk. Nästa nivå i hierarkin bör vara ODU5-formatet, som är planerat exklusivt för användning i 400-gigabit Ethernet-nätverk .
När industrin utvecklade 100 Gigabit-system var industrin tvungen att övervinna följande tekniska utmaningar:
Generellt sett krävde lösningen på dessa problem betydande investeringar i immateriella rättigheter, vilket bidrog till förseningen av att få ut slutprodukter på marknaden. Trots det faktum att de flesta tillverkare av optisk och elektronisk utrustning deklarerade stöd för 100 Gigabit-system under 2009-2010 och regelbundet testade system med varierande beredskapsgrad, började den utbredda adoptionen av 100 Gigabit Ethernet inte förrän 2011.
Eftersom överföringen av en optisk signal i en icke-linjär miljö ( optisk fiber ) är ett fundamentalt analogt problem, saktar framstegen på detta område ner, och mycket mer än de minskande framstegen inom digital elektronisk kretslitografi (beskrivs av Moores empiriska lag). ). Som ett resultat, även om 10 Gigabit optiska gränssnitt och transportsystem har funnits sedan mitten av 1990-talet, inträffade de första framgångsrika försöken att överföra 100 Gigabit strömmar i optiska nätverk mer än 15 år senare. Dessutom var de första 100-gigabitsystemen i stamnätet föremål för ett antal allvarliga begränsningar, inklusive höga kostnader på grund av användningen av unika lasersystem, såväl som betydande energi- och storlekskrav, vilket uteslöt produktionen av transceivrar i kompakta format ( såsom SFP + ) som tidigare utvecklats för 1-, 2,5- och 10-gigabit-signaler.
I mitten av 2011 levererade minst fem företag ODU4 (104,794 Gbps) kompatibla optiska transportsystem till kunder, inklusive Ciena (tidigare Nortel Networks -lösning ), MRV, Alcatel-Lucent , ADVA Optical Networking . Den sista som gick med på listan var Huawei , som tillkännagav starten av leveranser till det koreanska företaget KPN i juni 2011 [18] Det förväntas att i slutet av 2011 kommer sådana system att finnas tillgängliga från alla ledande tillverkare av optisk utrustning.
Förbättringen av optiska transportsystem för överföring av 100-gigabit Ethernet kommer oundvikligen att ske i riktning mot att minska deras kostnader, medan följande lovande tekniker kan användas: gemensam överföring av en signal av två 50-gigabit-lasrar till lägre kostnad i en dedikerad spektrumband, utbredd användning av digital signalbehandling ( DSP ) för att korrigera icke-linjäriteter, minska antalet optoelektroniska (OEO) omvandlingar i transportsystemet genom att stödja externa signalkällor (utländska lambda) och så vidare.
Närvaron av linjära optiska 100-gigabit dataöverföringssystem gör det möjligt att minska antalet erforderliga våglängder i DWDM-system och öka mängden data som överförs över den befintliga kabelinfrastrukturen. Användningen av 100 Gigabit optisk transport för att bära parallella 10 Gigabit dataströmmar minskar dock effektiviteten av statistisk multiplexering i paketnätverk och kräver även 10x10 Gigabit muxponders för formatförhandling. Av denna anledning visar stamnätsoperatörer intresse för att gå över till att stödja 100 Gigabit Ethernet direkt vid routerns gränssnitt (paketväxel).
Svårigheten med att utveckla en chipset för att stödja 100 Gigabit Ethernet ligger i behovet av att säkerställa hög prestanda med enhetlig gränssnittsbelastning, oavsett parametrarna för inkommande trafik och frånvaron av paketpermutationer inom en enda IP/MPLS-ström - det senare kravet ställs genom att parallellisera ett full-duplex 100 Gigabit-gränssnitt mellan flera (två eller fyra) separata nätverksprocessorer är tekniskt svårt. Ytterligare svårigheter skapas av designen av linjekort - på grund av de ökade kraven på storleken och kylningen av 100-gigabit-optik och bristen på 100-gigabit-sändtagare på marknaden, tvingades pionjärerna inom 100-gigabit-nätverksutrustning genomföra oberoende eller gemensamma optoelektroniska utvecklingar för att möta de stela linjära och energimässiga begränsningarna hos moderna nätverksenheter. Det förväntas att när kommersiella elektroniska och optiska komponenter i 100-gigabit-lösningar kommer in på den fria marknaden, kommer listan över leverantörer av sådana system att växa och priserna kommer att minska aktivt.
En betydande del av initiala investeringar i lanseringen av 100-Gigabit Ethernet-produkter förklarar både det initiala fokuset på utrustning av högsta priskategori (bärarklass), och tillverkarnas önskan att "rapportera i förväg" om lanseringen av produkter före starten av massproduktion, baserat på resultaten av tekniska eller tekniska tester. Därför, i den historiska listan över de första 100 Gigabit Ethernet-lösningsleverantörerna nedan, anges både datumen för det första tillkännagivandet av IP/MPLS-produkter och de officiella leveransdatumen (beroende på tillgängligheten av information).
Alcatel -Lucent tillkännagav först 100 Gigabit 802.3ba-gränssnitt för 7450 ESS/7750 SR-routrarna i juni 2009; i juni-september 2010 hölls offentliga tester och demonstrationer [19] . Men i en presentation av VD för företagets optiska division, James Watt (april 2011) [20] , nämndes 100-gigabit Ethernet fortfarande bara i samband med en demonstration för kunder (T-Systems, Portugal Telecom, 360Networks) . Företagets pressmeddelande den 18 juni 2011 [21] begränsades återigen till fälttestresultat.
En möjlig förklaring till en så lång fördröjning är arkitekturen hos Alcatel-Lucents paketprodukter, som ursprungligen var inriktade på att tillhandahålla tjänster vid nätverkskanten (VPLS, PPPoE , avancerad köstruktur).
Faktum är att Alcatel-Lucent endast tillverkar en grundläggande familj av routrar (Alcatel 7750) köpta från Timetra Networks. 2011 var den enda massproducerade elementbasen för familjen en nätverksprocessor av vår egen design FP2 med en full duplex-prestanda på 50 Gb/s. Enligt företagets dokumentation kan två FP2-chipset också installeras i en motsatt halvduplex 100 Gb-konfiguration, vilket möjliggör ett 100 Gb Ethernet-gränssnitt utan cross-chip flödesbalansering. En sådan hårdvarukonfiguration är dock fylld av lastobalans på grund av det faktum att antalet ingångsoperationer (ingångssökning) som regel överstiger antalet nödvändiga utdataoperationer (utgående uppslagning) - vilket kanske inte räcker till för lösningen att arbeta stabilt i ett riktigt nätverk.
I framtiden planerar Alcatel-Lucent att migrera 7750-plattformen till 400 Gigabit FP3-chipset som tillkännagavs i maj 2011 [22] , vilket kan bli företagets första riktiga 100 Gigabit-produkt baserad på den uppdaterade 7750-plattformen.
Brocade tillkännagav stöd för 100 Gigabit Ethernet på sin äldre MLXe-plattform från övertagandet av Foundry Networks i september 2010 [ 23] . Men redan i juni 2011 kunde Brocade tillkännage den första kommersiella lanseringen av sin 100 Gigabit-teknologi på AMS-IX- platsen i Amsterdam [24] , och blev därmed ett av de första företagen att generera intäkter på 100 Gigabit-marknaden.
MLXe-linjen av höghastighetsroutrar använder nätverksprocessorer och optik från tredje part; plattformen stöder ett minimum av tjänster både i paketet (grundläggande IP / MPLS-switch) och i det optiska området (mängd sändtagare). Brocade har placerat sin första MLXe 100 Gigabit Ethernet-produkt (linjekort med dubbla portar) i prissegmentet för ingångsnivå, med en extra licens för att använda en andra port.
Redan 2008 tillkännagav Cisco tillsammans med Comcast framgångsrika tester av 100-gigabit Ethernet över den befintliga optiska infrastrukturen mellan städerna Philadelphia, Pennsylvania [25] och McLean, Virginia. Cisco CRS-1- routrar och optiska DWDM -kanaler [26] användes . Den här demon återskapade dock inte en full duplex 100 Gbps Ethernet-länk eftersom CRS-1-routern stöder upp till 40 Gbps per kortplats. Uppenbarligen kunde gränssnittsbelastningen i testet 2008 inte överstiga hälften av den beräknade hastigheten.
Tekniskt sett var den första Cisco-plattformen som kunde köra 100 Gigabit Ethernet-gränssnitt CRS-3-routern, med en styrkrets per linjekort och 140 Gbps per kortplats. Av denna anledning ägde den första riktiga testningen av 100 Gigabit Ethernet-utrustning från Cisco inte rum förrän 2010, och de första kommersiella kunderna ( AT&T och Comcast) tillkännagavs i april 2011 [27] . I juli 2011 höll Cisco också demonstrationer av 100 Gigabit-gränssnitt på Core Edge-routrar (ASR9000) [28] utan att tillkännage ett leveransdatum.
Huawei presenterade en "industri-först" utveckling av ett 100 Gigabit-routergränssnitt i oktober 2008 [29] . Företagets nästa steg var att tillkännage ett komplett system för 100 Gbit/s-överföring i september 2009 [30] . Systemet inkluderade OSN6800/8800 optisk transport och NE5000e 100-gigabit router-linjekort baserade på den egenutvecklade "Solar 2.0 PFE2A-chipset" och optik i CFP -formfaktorn . 2010 beskrevs samma lösning som att använda LPU-100F-kort baserade på två Solar 2.0-kretsuppsättningar i en motsatt konfiguration [31] . Men i ett pressmeddelande från företaget om att ta emot ett kontrakt för byggandet av ett IP/MPLS-nätverk för det ryska företaget Megafon i oktober 2010 [32] rapporterade Huawei endast leveransen av 40-gigabit NE5000e-system, "med förmågan för att skala upp till 100 Gbit » på kortplatsen.
I april 2011 släppte företaget ett nytt linjekortsmeddelande för NE5000e baserat på samma Solar 2.0-chipset - två 100 Gigabit LPU-200-kort [33] . I beskrivningen av den medföljande lösningen [34] angavs siffror för leveranser av 20G/40G-versionen av chipset (120 000 Solar 1.0-kit), men siffror för Solar 2.0-leveranser gavs inte. Också i ett pressmeddelande om testning av 100 Gb-utrustning i Ryssland i augusti 2011 [35] tillkännagav Huawei den kommersiella installationen av 100 Gb/s DWDM-system hos KPN och China Telecom, men tog inte en enda köpare av 100 Gb-lösningar till basen NE5000e.
Förutom förseningar i implementeringen av styrkretsen för att stödja 100Gb/s kan Huaweis position också försvagas av den installerade NE5000e-basen, varav de flesta inte är kompatibla med nya kort med hastigheter på 100 och 200Gb/s per kortplats. Trots det mycket tidiga tillkännagivandet av 100 Gigabit-produkter är det därför osannolikt att Huawei kommer att gå med vinst på 100 Gigabit-marknaden 2011.
Juniper tillkännagav stöd för 100 Gigabit Ethernet på T1600-plattformen i juni 2009 [36] . Då hade T1600-plattformen levererats i två år och hade stöd för 100 Gigabit linjekort (10x10 Gigabit portkonfigurationer). Installerade i november 2010 i T1600-routrarna i det akademiska Internet2-nätverket, 100-gigabit Ethernet-moduler [37] gjorde det möjligt för Juniper att positionera sig som en ledande leverantör av seriella 100-gigabit-produkter. Under samma 2010 demonstrerade företaget driften av 100-gigabit Ethernet-gränssnitt från kärnan till kanten av nätverket mellan T1600- och MX3D-plattformarna [38] .
I mars 2011 började företaget leverera 100-gigabit-lösningar till Verizon [39] ). Att döma av användarrapporter levererade Juniper under samma tidsperiod även till mindre kunder (t.ex. Janet UK [40] ) och hade redan i mitten av 2011 en betydande kundbas på 100 gigabit. Nackdelen med Junipers 100Gb marknadsledarskap verkar vara dess relativt lågdensitetsarkitektur (ett 100Gb-gränssnitt per kortplats, som går genom två parallella 50Gb-chipset med lika belastningsdelning). I slutet av 2011 förberedde Juniper igångsättningen av kommersiell drift av två nya 100 Gb/s ryggradsprodukter samtidigt - den uppdaterade T-serien (T4000) med en hastighet på 240 Gb/s per kortplats och den nya PTX MPLS switchen med en hastighet på 480 Gb/s per plats [41]
Marknaden för 100 Gigabit-lösningar för routrar som helhet upprepade situationen med lanseringen av 10 Gigabit-gränssnitt i början av 2000-talet - de facto var leveranspionjären Juniper, flera månader före Cisco, dess största rival. Vidare anslöt sig en ny nätverksgren av Brocade till utbudet, medan resten av marknadsaktörerna inte kunde få fotfäste i den första vågen.
Ethernet - en familj av lokala nätverkstekniker | |
---|---|
Hastigheter |
|
Allmänna artiklar |
|
historisk |
|
Transceivers | |
Gränssnitt | |
Alla artiklar om Ethernet |