40 Gigabit Ethernet ( 40GbE ) a 100 Gigabit Ethernet ( 100GbE ) [1] jsou standardy Ethernetu vyvinuté IEEE P802.3ba Ethernet Task Force [2] v období od listopadu 2007 do června 2010 [3] [4] .
Tyto standardy jsou dalším stupněm ve vývoji skupiny standardů Ethernet, která do roku 2010 měla nejvyšší rychlost 10 Gb/s . Standard IEEE Std 802.3ba-2010 nastavuje rychlost přenosu dat na 40 a 100 Gb/s při sdílení několika komunikačních linek (pruh) na 10 nebo 25 Gb/s.
Data vydání návrhu pracovní skupiny P802.3ba:
Finální verze standardu byla přijata 17. června 2010 pod číslem IEEE 802.3ba-2010.
Standardy 40/100 Gigabit Ethernet popisují několik různých standardů fyzické vrstvy ( PHY ). Síťová zařízení mohou používat různé typy PHY pomocí zásuvných modulů PHY. Moduly využívající optické vlákno jsou standardizovány v 802.3ba a v různých multi-source dohodách , MSA (dohody mezi různými výrobci). Jeden standardizovaný modul, který podporuje 40 i 100 gigabitový Ethernet, je CFP MSA ( C form-factor pluggable ) [7] , který lze použít na vzdálenosti 100 m nebo více . Moduly QSFP a CXP zajišťují provoz na kratší vzdálenosti [8] .
Standard 802.3ba podporuje pouze plně duplexní provoz [9] .
Při vývoji části normy PHY byly stanoveny následující cíle:
Následující varianty PHY byly standardizovány:
PHY | 40 Gigabit Ethernet | 100 Gigabit Ethernet |
---|---|---|
alespoň 1 m přes zadní rovinu | 40 GBASE-KR4 | |
alespoň 10 m přes měděný kabel | 40 GBASE-CR4 | 100 GBASE-CR10 |
minimálně 100 m podle OM3 MMF | 40GBASE-SR4 | 100GBASE-SR10 |
minimálně 125 m podle OM4 MMF | 40GBASE-SR4 | 100GBASE-SR10 |
minimálně 10 km SMF | 40GBASE-LR4 | 100 GBASE-LR4 |
nejméně 40 km SMF | 100 GBASE-ER4 |
Úloha přenosu signálu rychlostí 40 a 100 Gbps po 100 m optickém kabelu OM3 (40GBASE-SR4 a 100GBASE-SR10) byla řešena pomocí vln kolem 850 nm, podobně jako u standardu 10GBASE-SR.
Přenos signálu 40 Gb/s po deskách plošných spojů (např. backplanes klece blade serverů ) na vzdálenost až 1 m (40GBASE-KR4) je realizován pomocí 4 pruhů standardu 10GBASE-KR.
Provoz na vzdálenosti 10 a 40 km je realizován pomocí čtyř různých vlnových délek (cca 1310 nm) a využívá optické prvky s datovým tokem 25 Gb/s (pro 100GBASE-LR4 a 100GBASE-ER4) a 10 Gb/s (pro 40GBASE - LR4). [11] .
Seskupeno podle implementovaných možností PHY.
Informace o současném vytváření modulů 40/100 Gb/s pro backplanes[ kdy? ] chybí. Nicméně 100gigabitová multilinková připojení krátkého dosahu vypadají z hlediska nákladů a spolehlivosti slibněji než ta, která se v současnosti používají.[ kdy? ] planární pole 10 Gb/s povrchově emitujících laserů ( pole VCSEL ) a s největší pravděpodobností se v blízké budoucnosti objeví v produktech s optickou přepínací maticí – jako jsou Juniper TX a Cisco CRS FCC.
V roce 2009 Quellan oznámil vytvoření Evaluation Board [12] , ale neposkytnul hotové moduly.
Mellanox [13] a Reflex Photonics [14] oznámily zahájení prodeje CFP modulů pro multimode vlákna.
Finisar [15] , Sumitomo Electric Industries [16] a OpNext [17] na European Optical Communications Show ( ECOC ) v roce 2009 předvedly jednorežimové 40 a 100gigabitové ethernetové moduly založené na standardu CFP MSA .
Na rozdíl od situace z konce 90. let, kdy nedostatek rozhraní vysokorychlostních páteřních routerů brzdil rozvoj celého internetu, bylo zvýšení přenosových rychlostí z 10 na 100 Gb/s v 10. letech motivováno především ekonomickými ohledy, např. jako: snížení počtu vln požadovaných v páteřních optických sítích, snížení nákladů na propojení ve velkých datových centrech a výměnných bodech provozu a také snížení kapacitních ztrát v důsledku nevyváženosti provozu v paralelních skupinách 10gigabitových kanálů. Zároveň se mnoho páteřních operátorů snažilo přejít přímo od používání 10 Gb/s SONET/SDH, obcházení mezifáze 40 Gb/s, k ethernetovým rozhraním 100 Gb/s a získat na hodnotě díky očekávanému rychlému poklesu náklady na to druhé.
Důležitým faktorem očekávaného snížení ceny bylo upuštění od vývoje samostatných kanálových schémat pro SONET/SDH a Ethernet. 100gigabitový Ethernet se nyní stal de facto jediným formátem rámců na vrcholu hierarchie optických rychlostí (ODU4), což zaručuje paralelní snížení ceny s nárůstem výroby 100gigabitových rozhraní pro páteřní i lokální sítě. Další úrovní hierarchie by měl být formát ODU5, který je plánován výhradně pro použití v 400gigabitových ethernetových sítích .
Při vývoji 100gigabitových systémů musel průmysl překonat následující technologické výzvy:
Obecně řečeno, řešení těchto problémů vyžadovalo značné investice do duševního vlastnictví, což přispělo ke zpoždění při uvádění finálních výrobků na trh. Navzdory tomu, že většina výrobců optických a elektronických zařízení deklarovala v letech 2009-2010 podporu 100gigabitových systémů a pravidelně testovala systémy různého stupně připravenosti, široké přijetí 100gigabitového Ethernetu začalo až v roce 2011.
Protože přenos optického signálu v nelineárním prostředí ( optické vlákno ) je principiálně analogový problém, pokrok v této oblasti se zpomaluje, a to mnohem více než klesající pokrok v digitální litografii elektronických obvodů (popsaný Moorovým empirickým zákonem ). V důsledku toho, ačkoli 10gigabitová optická rozhraní a transportní systémy existují již od poloviny 90. let, k prvním úspěšným pokusům o přenos 100gigabitových toků v optických sítích došlo o více než 15 let později. První páteřní 100gigabitové systémy navíc podléhaly řadě vážných omezení, včetně vysokých nákladů v důsledku použití unikátních laserových systémů a také značných energetických a rozměrových požadavků, které vylučovaly výrobu transceiverů v kompaktních formátech ( jako je SFP+ ) dříve vyvinuté pro 1-, 2,5- a 10-gigabitové signály.
V polovině roku 2011 dodávalo zákazníkům optické transportní systémy kompatibilní s ODU4 (104,794 Gbps) nejméně pět společností, včetně Ciena (bývalé řešení Nortel Networks ), MRV, Alcatel-Lucent , ADVA Optical Networking . Jako poslední se na seznam přidal Huawei , který oznámil zahájení dodávek korejské společnosti KPN v červnu 2011 [18] Očekává se, že do konce roku 2011 budou takové systémy dostupné u všech předních výrobců optických zařízení.
Ke zdokonalování optických transportních systémů pro přenos 100gigabitového Ethernetu nevyhnutelně dojde ve směru snižování jejich nákladů, přičemž lze využít následující perspektivní technologie: společný přenos signálu dvěma 50gigabitovými lasery s nižší cenou v jednom vyhrazeném spektrální pásmo, rozšířené používání digitálního zpracování signálu ( DSP ) pro korekci nelinearit, snížení počtu optoelektronických (OEO) konverzí v dopravním systému podporou externích zdrojů signálu (zahraniční lambdy) a tak dále.
Přítomnost lineárních optických 100gigabitových systémů přenosu dat umožňuje snížit počet požadovaných vlnových délek v systémech DWDM a zvýšit množství dat přenášených přes stávající kabelovou infrastrukturu. Použití 100gigabitového optického přenosu k přenosu paralelních 10gigabitových datových toků však snižuje efektivitu statistického multiplexování v paketových sítích a také vyžaduje 10x10gigabitové muxpondéry pro vyjednávání formátu. Z tohoto důvodu páteřní operátoři projevují zájem přejít na podporu 100gigabitového Ethernetu přímo na rozhraní routeru (packet switch).
Obtížnost vývoje čipové sady pro podporu 100gigabitového Ethernetu spočívá v potřebě zajistit vysoký výkon s rovnoměrným zatížením rozhraní, bez ohledu na parametry příchozího provozu a absenci permutací paketů v rámci jednoho IP/MPLS streamu - druhý požadavek je kladen paralelizace jednoho plně duplexního 100gigabitového rozhraní mezi několika (dvěma nebo čtyřmi) samostatnými síťovými procesory je technicky obtížné. Další potíže vytváří konstrukce linkových karet - kvůli zvýšeným požadavkům na velikost a chlazení 100gigabitové optiky a nedostatku 100gigabitových transceiverů na trhu byli průkopníci 100gigabitových síťových zařízení nuceni provést nezávislých nebo společných optoelektronických vývojů s cílem splnit přísná lineární a energetická omezení moderních síťových zařízení. Očekává se, že jak komerční elektronické a optické komponenty 100gigabitových řešení vstoupí na volný trh, seznam dodavatelů takových systémů poroste a ceny budou aktivně klesat.
Značný objem počátečních investic do uvedení 100gigabitových ethernetových produktů vysvětluje jak počáteční zaměření na zařízení nejvyšší cenové kategorie (třída nosičů), tak i touhu výrobců „předběžně informovat“ o uvedení produktů na trh dříve, než zahájení sériové výroby, na základě výsledků inženýrských nebo technologických zkoušek. V historickém seznamu prvních 100 poskytovatelů řešení Gigabit Ethernet níže jsou proto uvedena data prvního oznámení produktů IP/MPLS i oficiální data dodání (v závislosti na dostupnosti informací).
Alcatel -Lucent poprvé oznámil 100 gigabitových 802.3ba rozhraní pro routery 7450 ESS/7750 SR v červnu 2009; v červnu až září 2010 proběhly veřejné testy a ukázky [19] . V prezentaci prezidenta optické divize společnosti Jamese Watta (duben 2011) [20] však byl 100gigabitový Ethernet stále zmíněn pouze v rámci ukázky zákazníkům (T-Systems, Portugal Telecom, 360Networks) . Tisková zpráva společnosti z 18. června 2011 [21] se opět omezila na výsledky testů v terénu.
Možným vysvětlením tak dlouhého zpoždění je architektura balíčků produktů Alcatel-Lucent, původně orientovaných na poskytování služeb na okraji sítě (VPLS, PPPoE , pokročilá struktura fronty).
Alcatel-Lucent ve skutečnosti vyrábí pouze jednu základní rodinu routerů (Alcatel 7750) zakoupenou od Timetra Networks. V roce 2011 byl jedinou sériově vyráběnou základnou pro rodinu síťový procesor vlastní konstrukce FP2 s plně duplexním výkonem 50 Gb/s. Podle dokumentace firmy lze také nainstalovat dvě čipové sady FP2 v opačné, poloduplexní 100Gb konfiguraci, což umožňuje 100Gb Ethernet rozhraní bez vyvažování mezi čipy. Taková hardwarová konfigurace je však zatížena nerovnováhou zátěže, protože počet vstupních operací (vyhledání vstupu) zpravidla převyšuje počet požadovaných výstupních operací (vyhledání výstupu) - což nemusí pro řešení stačit pracovat stabilně v reálné síti.
V budoucnu Alcatel-Lucent plánuje migraci platformy 7750 na 400gigabitovou čipovou sadu FP3 oznámenou v květnu 2011 [22] , která se může stát prvním skutečným 100gigabitovým produktem společnosti založeným na aktualizované platformě 7750.
Společnost Brocade oznámila podporu pro 100gigabitový Ethernet na své starší platformě MLXe od převzetí Foundry Networks v září 2010 [ 23] . Již v červnu 2011 však mohla společnost Brocade oznámit první komerční spuštění své 100gigabitové technologie v místě AMS-IX v Amsterdamu [24] , a stala se tak jednou z prvních firem, které generovaly příjmy na 100gigabitovém trhu.
Řada vysokorychlostních směrovačů MLXe využívá síťové procesory a optiku třetích stran; platforma podporuje minimum služeb jak v paketovém (základní IP / MPLS switch), tak v optickém (různé transceivery). Společnost Brocade umístila svůj první produkt MLXe 100 Gigabit Ethernet (dvouportová linková karta) do základního cenového segmentu s další licencí na použití druhého portu.
Již v roce 2008 Cisco společně s Comcastem oznámilo úspěšné testování 100gigabitového Ethernetu na stávající optické infrastruktuře mezi městy Philadelphia v Pensylvánii [25] a McLean ve Virginii. Byly použity směrovače Cisco CRS-1 a optické kanály DWDM [26] . Toto demo však nereprodukovalo plně duplexní 100Gbps ethernetové spojení, protože router CRS-1 podporuje až 40 Gbps na slot. Je zřejmé, že v testu v roce 2008 nemohlo zatížení rozhraní překročit polovinu vypočítané rychlosti.
Technicky první platformou Cisco schopnou provozovat 100 Gigabit Ethernet rozhraní byl router CRS-3 s jednou čipovou sadou na linkovou kartu a 140 Gbps na slot. Z tohoto důvodu se první skutečné testování 100gigabitového ethernetového zařízení od společnosti Cisco uskutečnilo až v roce 2010 a první komerční zákazníci ( AT&T a Comcast) byli oznámeni v dubnu 2011 [27] . V červenci 2011 společnost Cisco také uspořádala ukázky 100gigabitových rozhraní na směrovačích Core Edge Routers (ASR9000) [28] , aniž by oznámila datum dodání.
Společnost Huawei v říjnu 2008 představila „průmyslový“ vývoj 100gigabitového routerového rozhraní [29] . Dalším krokem společnosti bylo ohlášení kompletního systému pro přenos 100 Gbit/s v září 2009 [30] . Systém zahrnoval optické přenosové karty OSN6800/8800 a 100gigabitové směrovací karty NE5000e založené na proprietární čipové sadě „Solar 2.0 PFE2A chip“ a optice ve formátu CFP . V roce 2010 bylo popsáno stejné řešení jako použití karet LPU-100F založených na dvou čipových sadách Solar 2.0 v opačné konfiguraci [31] . V tiskové zprávě společnosti o obdržení kontraktu na výstavbu IP/MPLS sítě pro ruskou společnost Megafon v říjnu 2010 [32] však Huawei uvedl pouze dodávku 40gigabitových systémů NE5000e, „se schopností rozšířit až na 100 Gbit » na slotu.
V dubnu 2011 společnost vydala oznámení o nové linkové kartě pro NE5000e založené na stejné čipové sadě Solar 2.0 – dvě 100gigabitové karty LPU-200 [33] . V popisu doprovodného řešení [34] byly uvedeny údaje o dodávkách čipsetu verze 20G/40G (120 000 sad Solar 1.0), údaje o dodávkách Solar 2.0 však uvedeny nebyly. Také v tiskové zprávě o testování 100 Gb zařízení v Rusku v srpnu 2011 [35] Huawei oznámil komerční instalaci 100 Gb/s DWDM systémů v KPN a China Telecom, ale nepřivedl na základnu jediného kupce 100 Gb řešení. NE5000e.
Kromě zpoždění při implementaci čipsetu pro podporu 100Gb/s může pozici Huawei oslabit také instalovaná základna NE5000e, z nichž většina není kompatibilní s novými kartami s rychlostmi 100 a 200Gb/s na slot. I přes velmi brzké oznámení 100gigabitových produktů je tedy nepravděpodobné, že by Huawei v roce 2011 dosáhl zisku na 100gigabitovém trhu.
Juniper oznámil podporu pro 100gigabitový Ethernet na platformě T1600 v červnu 2009 [36] . V té době byla platforma T1600 dodávána dva roky a podporovala 100 gigabitové linkové karty (konfigurace portů 10x10 gigabitů). 100gigabitové ethernetové moduly [37] , instalované v listopadu 2010 do směrovačů T1600 akademické sítě Internet2, umožnily společnosti Juniper zaujmout pozici předního dodavatele sériových 100gigabitových produktů. Ve stejném roce 2010 společnost předvedla provoz 100gigabitových ethernetových rozhraní od jádra až po okraj sítě mezi platformami T1600 a MX3D [38] .
V březnu 2011 začala společnost dodávat 100gigabitová řešení společnosti Verizon [39] ). Soudě podle uživatelských zpráv ve stejném časovém období Juniper dodával také menším zákazníkům (např. Janet UK [40] ) a v polovině roku 2011 již měl významnou 100gigabitovou zákaznickou základnu. Nevýhodou vedoucího postavení Juniperu na 100Gb trhu se zdá být jeho architektura s relativně nízkou hustotou (jedno 100Gb rozhraní na slot, běžící přes dvě paralelní 50Gb čipové sady s rovným sdílením zátěže). Do konce roku 2011 připravil Juniper zahájení komerčního provozu dvou nových 100 Gb/s páteřních produktů najednou - aktualizované řady T (T4000) s rychlostí 240 Gb/s na slot a nového PTX MPLS přepínače s rychlost 480 Gb/s na slot [41]
Trh se 100gigabitovými řešeními pro routery jako celek opakoval situaci s uvedením 10gigabitových rozhraní na počátku 21. století – de facto průkopníkem dodávek byl Juniper, několik měsíců před Cisco, svým největším rivalem. Dále se k dodávce připojila nová síťová pobočka Brocade, zatímco zbytek účastníků trhu se v první vlně nedokázal prosadit.
Ethernet – rodina technologií lokálních sítí | |
---|---|
Rychlosti |
|
Obecné články |
|
historický |
|
Transceivery | |
Rozhraní | |
Všechny články o Ethernetu |