100G乙太網

急速增加的頻寬需求驅動100G乙太網儘快地投入套用，支撐100G乙太網接口的關鍵技術，主要包含物理層通道匯聚技術、多光纖通道及波分復用(WDM)技術。接口部分的高速光器件關鍵技術需要突破，接口速率提高帶來的高頻寬需求對包處理和存儲、系統交換、背板技術等都提出了新要求。另外，網路需要解決新接口的傳輸問題，包括新接口傳輸標準定義和傳輸技術解決。就目前的成本和需求來看，100G乙太網的商用在城域網先行是比較可行的方案。

簡介

推動乙太網接口速率升級到100Gbit/s的根本需求是頻寬增加，其中最主要的因素就是視頻等頻寬密集套用，另外乙太網的電信化套用也導致匯聚頻寬需求增速加劇。從乙太網用戶接入、企業到主幹在內的每一級網路都在逼近著其當前的速度極限。
推廣100G乙太網套用的前提是相關標準的制定。100Gbit/s乙太網接口對應的標準是IEEE802.3ba，目前處於草案2.1階段，標準已經確定了各種接口介質、速率和物理編碼子層(PCS)、媒體接入控制(MAC)層架構定義。標準在2009年7月會議後停止所有技術變更，2009年11月標準會議將產生草案3.0，預計於2010年6月前發布。此外，和100GE相關的標準組織還包括國際電信聯盟遠程通信標準組(ITU-T)和光互聯論壇(OIF)，其關注的側重點不同，ITU-T主要制定100G傳輸光轉換單元(OTU)幀結構和編碼、容錯技術；OIF主要研究物理層高速通道規範、定義電接口標準。
乙太網升級到100Gbit/s接口離不開關鍵技術支撐，關鍵技術的成熟和商用化也都還需要時間。從晶片、系統、網路各個層面包括標準研究都還需要技術突破和時間。

技術標準

介質架構

支撐100G乙太網接口的關鍵技術，主要包含物理層(PHY)通道匯聚技術、多光纖通道及波分復用(WDM)技術。物理介質相關(PMD)子層滿足100Gbti/s速率頻寬，新的晶片技術支持到40nm工藝，這些提供了開發下一代高速接口的可能。對應於接口部分，光纖接口PMD的並行多模接口存在著封裝密度大和功耗問題需要解決，單模4×25Gbit/s的WDM接口存在25Gbit/s串列並行轉換電路(serdes)技術和非冷卻光器件的技術需要突破；對應於系統部分，接口速率提高帶來的高頻寬給包處理、存儲，系統交換，背板技術都提出了新的門檻；對應於網路，需要解決新接口的傳輸問題，不光需要定義新的OTU幀結構，對於如此超高速傳輸，需要解決電子線路極限情況下的信號處理、光信號的調製、物理編碼、色散補償、非線性處理、與FE/GE/10GE幀結構和PHY內各子層的兼容性和一致性問題等，還需要使100G傳輸特性能夠滿足現有10G傳輸網的相關特性，否則帶來的網路重建必將影響新技術的推進。

下一代乙太網技術標準包含了40Gbit/s和100Gbit/s兩種速度，主要針對伺服器和網路方面不同的需求。40Gbit/s主要針對計算套用，而100Gbit/s則主要針對核心和匯接套用。提供兩種速度，IEEE意在保證乙太網能夠更高效更經濟地滿足不同套用的需要，進一步推動基於乙太網技術的網路會聚。標準規定了物理編碼子層(PCS)、物理介質接入(PMA)子層、物理介質相關(PMD)子層、轉發錯誤糾正(FEC)各模組及連線接口匯流排，MAC、PHY間的片間匯流排使用XLAUI(40Gbit/s)、CAUI(100Gbit/s)，片內匯流排用XLGMII(40Gbit/s)、CGMII(100Gbit/s)，各種介質的架構如右圖。
標準僅支持全雙工操作，保留了802.3MAC的乙太網幀格式；定義了多種物理介質接口規範，其中有1m背板連線(100GE接口無背板連線定義)、7m銅纜線、100m並行多模光纖和10km單模光纖(基於WDM技術)，100Gbit/s接口最大定義了40km傳輸距離。標準定義了PCS的多通道分發(MLD)協定架構，標準還定義了用於片間連線的電接口規範，40Gbit/s和100Gbit/s分別使用4個和10個10.3125Gbit/s通道，採用輪詢機制進行數據分配獲得40G和100G的速率，另通過虛擬通道的定義解決了適配不同物理通道或光波長問題；明確了物理層編碼採用64B/66B。

標準雖然給出了100Gbit/s乙太網的架構、接口定義，但目前尚有諸多待解決的問題。首先，PMD是802.3ba的一個關鍵部分，40G/100G光模組包含短波長的並行接口，對應40GBASE-4SR和100GBASE-10SR，主要的技術難點在於封裝密度大；長波長的波分接口，難度在於PMA對應的25Gbit/s的SERDES和封裝技術，對於100G的WDM光模組非製冷雷射器技術是標準相關的關鍵技術，封裝形式由CFP多源協定(MSA)規定為CFP；對應的銅纜介質有關接口(MDI)標準的定義採用SFF-8436和SFF-8642，具體的結構尺寸和引腳分配已經給出。

套用

套用

100Gbit/s乙太網標準和技術的開發是基於需求的驅動，但卻是超前的，根據IEEE802.3ba任務組(TF)的計畫到2010年中間可以完成標準制定，但真正的商用時間卻取決於更多的因素。
首先，在標準成熟的前提下，還需要實實在在的網路需求驅動，並符合運營商的利益。頻寬需求的主要因素包含：不斷增加的業務都是基於IP的，就像現在ALLIP所描述的；幾乎所有的IP分組從源傳送到宿的全過程都是封裝在乙太網幀中；時分復用在乙太網中透傳(TDMoverEthernet)的技術已經成熟，傳統語音的兼容已經不是問題；乙太網封裝比同步光網路/同步數字型系(SONET/SDH)封裝更簡單而且成本更低。這些決定乙太網接口速率升級到100Gbit/s的需求是客觀和迫切的，在100Gbit/s乙太網上可以實現“網路通信加速、套用效能提升”的網路通信境界，能夠快速存取儲存於數據中心的種種套用，執行頻寬管理、快取、壓縮、路徑最佳化及協定加速等功能。具體參見圖2的套用場景，對於匯聚層的套用，下行連線埠正在切換到10Gbit/s，上行只能採用10Gbit/S連線埠的鏈路聚合，如果使用100Gbit/s乙太網接口則可以在數據流的管理、分配及效率上得到改善；對於數據中心，隨著10Gbit/s接口增加也同樣存在上行及內部互聯高速接口的需求；對於骨幹網的高效傳輸也期待著100G高速接口和傳輸的成熟。

P802.3ba標準在制訂時，已經充分考慮了電接口相關標準和技術的成熟情況，採用了10.3125Gbit/s的片間互聯傳輸通道，多模的並行光纖接口可以支持在OM3光纖滿足100m甚至更遠的距離；單模的40GBASE-LR4使用粗波分復用(CWDM)經濟可行，100GBASE-LR4使用DWDM，每波長傳25.78125Gbit/s，使用1295~1310nm波長，完全可以使用原有光纖，綜合技術和成本，標準選用的技術都是實用可行的，有助於促進100G接口在局部和城域網範圍內商用。

對於全網範圍的使用，串列100GE傳輸標準和技術成熟前，可採用反向復用技術。將10×10GE或者4×25GE接口的100GE業務經ODU2/ODU3適配到OTU2/OTU3，在10G/40G光網路中通過多個波長進行傳輸。可以不需對現存的10G/40GDWDM光網路進行重新設計與改動，傳輸碼型仍然為光雙二進制編碼(ODB)/差分歸零碼(DRZ)/電歸零碼－差分正交相移鍵控(eRZ-DQPSK)。這種模式可以採用10G/40G現有的成熟光電器件，並且整個系統的性能指標和10G/40G系統一致。這一方案可實現網路平滑升級，滿足運營商的成本期望，並且器件成熟。

所以就目前的成本和需求來看，100Gbit/s乙太網的商用在城域網先行是比較可行的方案，因為在城域網中，大量的數據需要隨時的上下路，一個無需各種補償器件的傳輸系統將會大大簡化網路設計，100Gbit/s乙太網剛好可以滿足這一需求,同時高頻寬滿足了城域網每年40%的流量增長。總之，100Gbit/s乙太網的發展需求已經很明顯，成本優勢也會不斷加強，但是100Gbit/s乙太網傳輸從調製方式到運營管理維護都需要不斷的技術完善，真正大規模的商用還需時日。

此外，對這次技術升級，除100Gbit/s乙太網之外，包括光纖通道、Infiniband和SONET在內的其他協定也將現身40/100Gbit/s網路，在90年代末，乙太網連線埠設備的價格下降速度比競爭對手異步傳輸模式(ATM)和光纖分散式數據接口(FDDI)要快兩倍以上。然而，40Gbit/s和更快速度網路共享很多相似的FPGA、SERDES和編碼技術，使任何協定所對應的設備都很難通過量產來獲得成本優勢。100Gbit/s乙太網也許不會像之前那樣占據絕對的優勢地位。