40 Gigabit Ethernet ( 40 GbE ) og 100 Gigabit Ethernet ( 100 GbE ) [1] er Ethernet -standarder udviklet af IEEE P802.3ba Ethernet Task Force [2] mellem november 2007 og juni 2010 [3] [4] .
Disse standarder er næste trin i udviklingen af Ethernet-standardgruppen, som indtil 2010 havde den højeste hastighed på 10 Gb/s . IEEE Std 802.3ba-2010-standarden indstiller dataoverførselshastigheden til 40 og 100 Gb/s ved deling af flere kommunikationslinjer (bane) ved 10 eller 25 Gb/s.
P802.3ba Working Group Udkast til udgivelsesdatoer:
Den endelige version af standarden blev vedtaget den 17. juni 2010 under nummeret IEEE 802.3ba-2010.
40/100 Gigabit Ethernet-standarderne beskriver flere forskellige Physical Layer ( PHY ) standarder. Netværksenheder kan bruge forskellige typer PHY'er ved at bruge pluggbare PHY-moduler. Moduler, der bruger optisk fiber, er standardiseret i 802.3ba og i forskellige multi-source aftaler , MSA (aftaler mellem forskellige producenter). Et standardiseret modul, der understøtter både 40 og 100 Gigabit Ethernet, er CFP MSA ( C form-factor pluggable ) [7] , som kan bruges til afstande på 100 m eller mere . Modulerne QSFP og CXP giver drift på kortere afstande [8] .
802.3ba-standarden understøtter kun fuld dupleksdrift [9] .
Ved udviklingen af PHY-delen af standarden blev følgende mål sat:
Følgende PHY-varianter er blevet standardiseret:
PHY | 40 Gigabit Ethernet | 100 Gigabit Ethernet |
---|---|---|
mindst 1 m på tværs af bagplanet | 40GBASE-KR4 | |
mindst 10 m over kobberkabel | 40GBASE-CR4 | 100GBASE-CR10 |
mindst 100 m i henhold til OM3 MMF | 40GBASE-SR4 | 100GBASE-SR10 |
mindst 125 m i henhold til OM4 MMF | 40GBASE-SR4 | 100GBASE-SR10 |
mindst 10 km med SMF | 40GBASE-LR4 | 100GBASE-LR4 |
mindst 40 km med SMF | 100GBASE-ER4 |
Opgaven med at sende et signal med hastigheder på 40 og 100 Gbps over et 100 m OM3 optisk kabel (40GBASE-SR4 og 100GBASE-SR10) blev løst ved hjælp af bølger omkring 850 nm, svarende til dem i 10GBASE-SR standarden.
40 Gb/s signaltransmission over printplader (f.eks. blade server cage backplanes) over afstande op til 1 m (40GBASE-KR4) realiseres ved hjælp af 4 baner af 10GBASE-KR standarden.
Drift på afstande på 10 og 40 km er implementeret ved hjælp af fire forskellige bølgelængder (ca. 1310 nm) og bruger optiske elementer med en datahastighed på 25 Gb/s (for 100GBASE-LR4 og 100GBASE-ER4) og 10 Gb/s (for 40GBASE) - LR4). [11] .
Grupperet efter implementerede PHY-muligheder.
Information om oprettelse af 40/100 Gb/s moduler til backplanes i øjeblikket[ hvornår? ] mangler. Kortrækkende 100-gigabit multilink-forbindelser ser dog mere lovende ud med hensyn til omkostninger og pålidelighed end dem, der bruges i øjeblikket.[ hvornår? ] plane arrays af 10 Gb/s overfladeemitterende lasere ( VCSEL arrays) og vil højst sandsynligt dukke op i produkter med en optisk switching matrix i den nærmeste fremtid - såsom Juniper TX og Cisco CRS FCC.
I 2009 annoncerede Quellan oprettelsen af et Evaluation Board [12] , men leverede ikke færdige moduler.
Mellanox [13] og Reflex Photonics [14] annoncerede starten på salget af CFP-moduler til multimode fibre.
Finisar [15] , Sumitomo Electric Industries [16] og OpNext [17] på European Optical Communications Show ( ECOC ) i 2009 demonstrerede single-mode 40 og 100-gigabit Ethernet-moduler baseret på CFP MSA -standarden .
I modsætning til situationen i slutningen af 1990'erne, hvor manglen på højhastigheds-backbone-routergrænseflader holdt udviklingen af hele internettet tilbage, var stigningen i transporthastigheder fra 10 til 100 Gb/s i 2010'erne primært motiveret af økonomiske overvejelser, som f.eks. som: reduktion af antallet af bølger, der kræves i optiske backbone-netværk, reduktion af omkostningerne ved sammenkoblinger i store datacentre og trafikudvekslingspunkter , samt reduktion af kapacitetstab på grund af trafikubalance i parallelle grupper af 10-gigabit-kanaler. Samtidig har mange backbone-bærere søgt at gå direkte fra at bruge 10 Gb/s SONET/SDH, uden om 40 Gb/s mellemfasen, til 100 Gb/s Ethernet-grænseflader og få i værdi på grund af det forventede hurtige fald i omkostningerne ved sidstnævnte.
En vigtig faktor i den forventede prisnedsættelse var opgivelsen af udviklingen af separate kanalordninger for SONET/SDH og Ethernet. De facto er 100 Gigabit Ethernet nu blevet det eneste frame-format i toppen af det optiske hastighedshierarki (ODU4), hvilket garanterer en parallel prisreduktion med en stigning i produktionen af 100 Gigabit-grænseflader til både backbone og lokale netværk. Det næste niveau i hierarkiet bør være ODU5-formatet, som udelukkende er planlagt til brug i 400-gigabit Ethernet-netværk .
Ved at udvikle 100 Gigabit-systemer var industrien nødt til at overvinde følgende teknologiske udfordringer:
Generelt krævede løsningen af disse problemer betydelige investeringer i intellektuel ejendomsret, hvilket bidrog til forsinkelsen i at få endelige produkter på markedet. På trods af det faktum, at de fleste producenter af optisk og elektronisk udstyr erklærede støtte til 100 Gigabit-systemer i løbet af 2009-2010 og regelmæssigt testede systemer af varierende grad af parathed, begyndte den udbredte indførelse af 100 Gigabit Ethernet først i 2011.
Da transmissionen af et optisk signal i et ikke-lineært miljø ( optisk fiber ) er et fundamentalt analogt problem, er fremskridtene på dette område langsommere, og meget mere end de faldende fremskridt inden for digital elektronisk kredsløbslitografi (beskrevet af Moores empiriske lov). ). Som et resultat, selv om 10 Gigabit optiske grænseflader og transportsystemer har eksisteret siden midten af 1990'erne, fandt de første vellykkede forsøg på at transmittere 100 Gigabit streams i optiske netværk mere end 15 år senere. Derudover var de første backbone 100-gigabit-systemer underlagt en række alvorlige begrænsninger, herunder høje omkostninger på grund af brugen af unikke lasersystemer, samt betydelige energi- og størrelseskrav, som udelukkede produktion af transceivere i kompakte formater ( såsom SFP + ) tidligere udviklet til 1-, 2,5- og 10-gigabit-signaler.
Fra midten af 2011 leverede mindst fem virksomheder ODU4 (104.794 Gbps) kompatible optiske transportsystemer til kunder, herunder Ciena (tidligere Nortel Networks -løsning ), MRV, Alcatel-Lucent , ADVA Optical Networking . Den sidste, der kom med på listen , var Huawei , som annoncerede starten på leverancer til det koreanske firma KPN i juni 2011 [18] Det forventes, at sådanne systemer ved udgangen af 2011 vil være tilgængelige fra alle førende producenter af optisk udstyr.
Forbedringen af optiske transportsystemer til transmission af 100-gigabit Ethernet vil uundgåeligt ske i retning af at reducere deres omkostninger, mens følgende lovende teknologier kan bruges: fælles transmission af et signal med to 50-gigabit-lasere til lavere omkostninger i en dedikeret spektrumbånd, udbredt brug af digital signalbehandling ( DSP ) til at korrigere ikke-lineariteter, reducere antallet af optoelektroniske (OEO) konverteringer i transportsystemet ved at understøtte eksterne signalkilder (fremmed lambdaer) og så videre.
Tilstedeværelsen af lineære optiske 100-gigabit datatransmissionssystemer gør det muligt at reducere antallet af nødvendige bølgelængder i DWDM-systemer og øge mængden af data, der transmitteres over den eksisterende kabelinfrastruktur. Brugen af 100 Gigabit optisk transport til at transportere parallelle 10 Gigabit datastrømme reducerer imidlertid effektiviteten af statistisk multipleksing i pakkenetværk og kræver også 10x10 Gigabit muxponders til formatforhandling. Af denne grund viser backbone-operatører interesse for at flytte til understøttelse af 100 Gigabit Ethernet direkte på routerens grænseflade (pakkeswitch).
Vanskeligheden ved at udvikle et chipset til at understøtte 100 Gigabit Ethernet ligger i behovet for at sikre høj ydeevne med ensartet grænsefladebelastning, uanset parametrene for indgående trafik og fraværet af pakke-permutationer inden for en enkelt IP/MPLS-stream - sidstnævnte krav stilles ved at parallelisere en fuld-dupleks 100 Gigabit grænseflade mellem flere (to eller fire) separate netværksprocessorer er teknisk vanskeligt. Yderligere vanskeligheder skabes af design af linjekort - på grund af de øgede krav til størrelse og køling af 100-gigabit optik og manglen på 100-gigabit transceivere på markedet, blev pionererne inden for 100-gigabit netværksudstyr tvunget til at udføre uafhængige eller fælles optoelektroniske udviklinger for at opfylde de stive lineære og energimæssige begrænsninger for moderne netværksenheder. Det forventes, at når kommercielle elektroniske og optiske komponenter i 100-gigabit-løsninger kommer ind på det frie marked, vil listen over leverandører af sådanne systemer vokse, og priserne vil aktivt falde.
En betydelig initial investering i lanceringen af 100-Gigabit Ethernet-produkter forklarer både det indledende fokus på udstyr i den højeste priskategori (carrier-klasse), og producenternes ønske om at "rapportere forud for tidsplanen" om lanceringen af produkter inden starten af masseproduktion, baseret på resultaterne af tekniske eller teknologiske tests. Derfor er både datoerne for den første annoncering af IP/MPLS-produkter og de officielle leveringsdatoer (afhængigt af tilgængeligheden af oplysninger) angivet i den historiske liste over de første 100 Gigabit Ethernet-løsningsudbydere nedenfor.
Alcatel -Lucent annoncerede første gang 100 Gigabit 802.3ba-grænseflader til 7450 ESS/7750 SR-routere i juni 2009; i juni-september 2010 blev der afholdt offentlige tests og demonstrationer [19] . Men i en præsentation af præsidenten for virksomhedens optiske afdeling, James Watt (april 2011) [20] , blev 100-gigabit Ethernet stadig kun nævnt i forbindelse med en demonstration til kunder (T-Systems, Portugal Telecom, 360Networks) . Virksomhedens pressemeddelelse den 18. juni 2011 [21] var endnu en gang begrænset til felttestresultater.
En mulig forklaring på så lang en forsinkelse er arkitekturen i Alcatel-Lucents pakkeprodukter, der oprindeligt var orienteret mod at levere tjenester på netværkskanten (VPLS, PPPoE , avanceret køstruktur).
Faktisk fremstiller Alcatel-Lucent kun én grundlæggende familie af routere (Alcatel 7750), købt hos Timetra Networks. I 2011 var den eneste masseproducerede elementbase til familien en netværksprocessor af vores eget design FP2 med en fuld duplex-ydelse på 50 Gb/s. Ifølge firmaets dokumentation kan to FP2-chipsæt også installeres i en modsat, halv-dupleks 100 Gb-konfiguration, hvilket giver mulighed for en 100 Gb Ethernet-grænseflade uden cross-chip flow-balancering. En sådan hardwarekonfiguration er dog fyldt med belastningsubalance på grund af det faktum, at antallet af input-operationer (ingress lookup) som regel overstiger antallet af nødvendige output-operationer (egress lookup) - hvilket måske ikke er nok til løsningen at arbejde stabilt i et rigtigt netværk.
I fremtiden planlægger Alcatel-Lucent at migrere 7750-platformen til det 400 Gigabit FP3-chipsæt, der blev annonceret i maj 2011 [22] , som kan blive virksomhedens første rigtige 100 Gigabit-produkt baseret på den opdaterede 7750-platform.
Brocade annoncerede understøttelse af 100 Gigabit Ethernet på sin ældre MLXe-platform fra overtagelsen af Foundry Networks i september 2010 [ 23] . Allerede i juni 2011 var Brocade imidlertid i stand til at annoncere den første kommercielle lancering af sin 100 Gigabit-teknologi på AMS-IX- stedet i Amsterdam [24] , og blev dermed en af de første firmaer, der genererede omsætning på 100 Gigabit-markedet.
MLXe-serien af højhastighedsroutere bruger tredjeparts netværksprocessorer og optik; platformen understøtter et minimum af tjenester både i pakken (grundlæggende IP / MPLS-switch) og i det optiske (udvalg af transceivere). Brocade har placeret sit første MLXe 100 Gigabit Ethernet-produkt (linekort med to porte) i entry-level prissegmentet med en ekstra licens til at bruge en anden port.
Tilbage i 2008 annoncerede Cisco sammen med Comcast den vellykkede test af 100-gigabit Ethernet over den eksisterende optiske infrastruktur mellem byerne Philadelphia, Pennsylvania [25] og McLean, Virginia. Cisco CRS-1- routere og optiske DWDM -kanaler [26] blev brugt . Denne demo gengav dog ikke et fuld duplex 100 Gbps Ethernet-link, fordi CRS-1-routeren understøtter op til 40 Gbps pr. slot. I 2008-testen kunne grænsefladebelastningen naturligvis ikke overstige halvdelen af den beregnede hastighed.
Teknisk set var den første Cisco-platform, der kunne køre 100 Gigabit Ethernet-grænseflader, CRS-3-routeren med et chipsæt pr. linjekort og 140 Gbps pr. slot. Af denne grund fandt den første ægte test af 100 Gigabit Ethernet-udstyr fra Cisco ikke sted før i 2010, og de første kommercielle kunder ( AT&T og Comcast) blev annonceret i april 2011 [27] . I juli 2011 afholdt Cisco også demonstrationer af 100 Gigabit-grænseflader på Core Edge-routere (ASR9000) [28] uden at annoncere en leveringsdato.
Huawei afslørede en "industri-første" udvikling af en 100 Gigabit router interface i oktober 2008 [29] . Virksomhedens næste skridt var at annoncere et komplet system til 100 Gbit/s transmission i september 2009 [30] . Systemet inkluderede OSN6800/8800 optisk transport og NE5000e 100-gigabit router-linjekort baseret på det proprietære "Solar 2.0 PFE2A-chip"-chipsæt og optik i CFP -formfaktoren . I 2010 blev den samme løsning detaljeret som at bruge LPU-100F-kort baseret på to Solar 2.0-chipsæt i en modsat konfiguration [31] . I en pressemeddelelse fra virksomheden om modtagelse af en kontrakt om opførelse af et IP/MPLS-netværk for det russiske firma Megafon i oktober 2010 [32] rapporterede Huawei imidlertid kun leveringen af 40-gigabit NE5000e-systemer, "med evnen for at skalere op til 100 Gbit » på slot.
I april 2011 udgav virksomheden en ny linjekortmeddelelse til NE5000e baseret på det samme Solar 2.0-chipsæt - to 100 Gigabit LPU-200-kort [33] . I beskrivelsen af den medfølgende løsning [34] var der angivet tal for leverancer af 20G/40G-versionen af chipsættet (120.000 Solar 1.0-sæt), men tal for Solar 2.0-leverancer blev ikke oplyst. Også i en pressemeddelelse om test af 100 Gb-udstyr i Rusland i august 2011 [35] annoncerede Huawei den kommercielle installation af 100 Gb/s DWDM-systemer hos KPN og China Telecom, men bragte ikke en eneste køber af 100 Gb-løsninger til basen NE5000e.
Udover forsinkelser i implementeringen af chipsættet til at understøtte 100Gb/s, kan Huaweis position også blive svækket af den installerede NE5000e base, hvoraf de fleste ikke er kompatible med nye kort med hastigheder på 100 og 200Gb/s pr. slot. På trods af den meget tidlige annoncering af 100 Gigabit-produkter er det derfor usandsynligt, at Huawei vil tjene penge på 100 Gigabit-markedet i 2011.
Juniper annoncerede understøttelse af 100 Gigabit Ethernet på T1600-platformen i juni 2009 [36] . På det tidspunkt havde T1600-platformen været leveret i to år og understøttet 100 Gigabit linjekort (10x10 Gigabit portkonfigurationer). Installeret i november 2010 i T1600-routerne på det akademiske Internet2-netværk, 100-gigabit Ethernet-moduler [37] tillod Juniper at positionere sig som en førende leverandør af serielle 100-gigabit-produkter. I samme 2010 demonstrerede virksomheden driften af 100-gigabit Ethernet-grænseflader fra kernen til kanten af netværket mellem T1600- og MX3D-platformene [38] .
I marts 2011 begyndte virksomheden at levere 100-gigabit-løsninger til Verizon [39] ). At dømme efter brugerrapporter sendte Juniper i samme periode også til mindre kunder (f.eks. Janet UK [40] ) og havde allerede i midten af 2011 en betydelig kundebase på 100 gigabit. Ulempen ved Junipers 100 Gb markedslederskab synes at være dens relativt lavdensitetsarkitektur (et 100 Gb interface pr. slot, der kører gennem to parallelle 50 Gb chipsæt med lige stor belastningsdeling). Ved udgangen af 2011 forberedte Juniper starten på kommerciel drift af to nye 100 Gb/s backbone-produkter på én gang - den opdaterede T-serie (T4000) med en hastighed på 240 Gb/s pr. slot og den nye PTX MPLS switch med en hastighed på 480 Gb/s pr. slot [41]
Markedet for 100 Gigabit-løsninger til routere som helhed gentog situationen med lanceringen af 10 Gigabit-grænseflader i begyndelsen af 2000'erne - de facto var forsyningspioneren Juniper, flere måneder foran Cisco, dens største rival. Yderligere kom en ny netværksafdeling af Brocade med i udbuddet, mens resten af markedsdeltagerne ikke kunne få fodfæste i den første bølge.
Ethernet - en familie af lokalnetværksteknologier | |
---|---|
Hastigheder |
|
Generelle artikler |
|
historisk |
|
Transceivere | |
Grænseflader | |
Alle artikler om Ethernet |