40 Gigabit Ethernet ( 40 GbE ) și 100 Gigabit Ethernet ( 100 GbE ) [1] sunt standarde Ethernet dezvoltate de IEEE P802.3ba Ethernet Task Force [2] între noiembrie 2007 și iunie 2010 [3] [4] .
Aceste standarde reprezintă următoarea etapă în dezvoltarea grupului de standarde Ethernet, care până în 2010 a avut cea mai mare viteză de 10 Gb/s . Standardul IEEE Std 802.3ba-2010 stabilește rata de transfer de date la 40 și 100 Gb/s atunci când partajează mai multe linii de comunicație (bandă) la 10 sau 25 Gb/s.
Datele de lansare a proiectului P802.3ba Grupului de lucru:
Versiunea finală a standardului a fost adoptată pe 17 iunie 2010 sub numărul IEEE 802.3ba-2010.
Standardele 40/100 Gigabit Ethernet descriu mai multe standarde diferite de nivel fizic ( PHY ). Dispozitivele de rețea pot utiliza diferite tipuri de PHY utilizând module PHY conectabile. Modulele care utilizează fibră optică sunt standardizate în 802.3ba și în diverse acorduri multi-surse , MSA (acorduri între diferiți producători). Un modul standardizat care acceptă atât 40, cât și 100 Gigabit Ethernet este CFP MSA ( C form-factor pluggable ) [7] , care poate fi utilizat pentru distanțe de 100 m sau mai mult . Modulele QSFP și CXP asigură funcționarea la distanțe mai scurte [8] .
Standardul 802.3ba acceptă doar operarea full duplex [9] .
La dezvoltarea părții PHY a standardului, au fost stabilite următoarele obiective:
Următoarele variante PHY au fost standardizate:
PHY | 40 Gigabit Ethernet | 100 Gigabit Ethernet |
---|---|---|
cel puțin 1 m peste planul posterior | 40GBASE-KR4 | |
cel puțin 10 m peste cablu de cupru | 40GBASE-CR4 | 100GBASE-CR10 |
minim 100 m conform OM3 MMF | 40GBASE-SR4 | 100GBASE-SR10 |
minim 125 m conform OM4 MMF | 40GBASE-SR4 | 100GBASE-SR10 |
cel puțin 10 km cu SMF | 40GBASE-LR4 | 100GBASE-LR4 |
cel puțin 40 km pe SMF | 100GBASE-ER4 |
Sarcina de a transmite un semnal la viteze de 40 și 100 Gbps pe un cablu optic OM3 de 100 m (40GBASE-SR4 și 100GBASE-SR10) a fost rezolvată folosind unde în jur de 850 nm, similare cu cele din standardul 10GBASE-SR.
Transmisia semnalului de 40 Gb/s pe plăci de circuite imprimate (de exemplu , blade server cage backplanes) pe distanțe de până la 1 m (40GBASE-KR4) este realizată folosind 4 benzi ale standardului 10GBASE-KR.
Funcționarea la distanțe de 10 și 40 km este implementată folosind patru lungimi de undă diferite (aproximativ 1310 nm) și utilizează elemente optice cu o rată a datelor de 25 Gb/s (pentru 100GBASE-LR4 și 100GBASE-ER4) și 10 Gb/s (pentru 40GBASE). - LR4). [11] .
Grupate după opțiunile PHY implementate.
Informații despre crearea modulelor de 40/100 Gb/s pentru backplane în prezent[ când? ] lipsește. Cu toate acestea, conexiunile multilink pe rază scurtă de 100 gigabit par mai promițătoare în ceea ce privește costul și fiabilitatea decât cele utilizate în prezent.[ când? ] rețele plane de lasere cu emisie de suprafață de 10 Gb/s ( matrice VCSEL ) și cel mai probabil vor apărea în produsele cu o matrice de comutare optică în viitorul apropiat - cum ar fi Juniper TX și Cisco CRS FCC.
În 2009, Quellan a anunțat crearea unui Comitet de evaluare [12] , dar nu a furnizat module gata făcute.
Mellanox [13] și Reflex Photonics [14] au anunțat începutul vânzărilor de module CFP pentru fibre multimodale.
Finisar [15] , Sumitomo Electric Industries [16] și OpNext [17] la European Optical Communications Show ( ECOC ) în 2009 au demonstrat module monomod de 40 și 100 gigabit Ethernet bazate pe standardul CFP MSA .
Spre deosebire de situația de la sfârșitul anilor 1990, când lipsa interfețelor de router backbone de mare viteză a împiedicat dezvoltarea întregului Internet, creșterea vitezelor de transport de la 10 la 100 Gb/s în anii 2010 a fost motivată în principal de considerente economice, precum precum: reducerea numărului de unde necesare în rețelele optice backbone, reducerea costului interconectărilor în centrele de date mari și punctele de schimb de trafic , precum și reducerea pierderilor de capacitate din cauza dezechilibrului de trafic în grupuri paralele de canale de 10 gigabiți. În același timp, mulți transportatori backbone au căutat să treacă direct de la utilizarea SONET/SDH de 10 Gb/s, ocolind faza intermediară de 40 Gb/s, la interfețele Ethernet de 100 Gb/s și câștigând în valoare datorită scăderii rapide așteptate a costul acestuia din urmă.
Un factor important în reducerea așteptată a prețurilor a fost abandonarea dezvoltării schemelor de canale separate pentru SONET/SDH și Ethernet. De facto, 100 Gigabit Ethernet a devenit acum singurul format de cadru aflat în vârful ierarhiei viteze optice (ODU4), care garantează o reducere paralelă a prețului cu o creștere a producției de interfețe de 100 Gigabit atât pentru rețelele backbone, cât și pentru rețelele locale. Următorul nivel al ierarhiei ar trebui să fie formatul ODU5, care este planificat exclusiv pentru utilizare în rețele Ethernet de 400 gigabit .
În dezvoltarea sistemelor de 100 Gigabit, industria a trebuit să depășească următoarele provocări tehnologice:
În general, soluționarea acestor probleme a necesitat investiții semnificative în proprietate intelectuală, ceea ce a contribuit la întârzierea introducerii pe piață a produselor finale. În ciuda faptului că majoritatea producătorilor de echipamente optice și electronice au declarat suport pentru sisteme de 100 Gigabit în perioada 2009-2010 și au testat în mod regulat sisteme de diferite grade de pregătire, adoptarea pe scară largă a 100 Gigabit Ethernet nu a început până în 2011.
Deoarece transmiterea unui semnal optic într-un mediu neliniar ( fibră optică ) este o problemă fundamental analogică, progresul în acest domeniu încetinește și mult mai mult decât progresul în scădere în litografia digitală a circuitelor electronice (descrisă de legea empirică a lui Moore). ). Drept urmare, deși interfețe optice de 10 Gigabit și sisteme de transport au existat de la mijlocul anilor 1990, primele încercări de succes de a transmite fluxuri de 100 Gigabit în rețele optice au avut loc peste 15 ani mai târziu. În plus, primele sisteme backbone de 100 gigabit au fost supuse unui număr de limitări serioase, inclusiv costuri ridicate din cauza utilizării sistemelor laser unice, precum și cerințe semnificative de energie și dimensiune, care exclude producția de transceiver în formate compacte ( cum ar fi SFP + ) dezvoltat anterior pentru semnale de 1, 2,5 și 10 gigabiți.
La jumătatea anului 2011, cel puțin cinci companii furnizează clienților sisteme de transport optic compatibile cu ODU4 (104,794 Gbps), inclusiv Ciena (fostă soluție Nortel Networks ), MRV, Alcatel-Lucent , ADVA Optical Networking . Ultimul care s-a alăturat listei a fost Huawei , care a anunțat începerea livrărilor către compania coreeană KPN în iunie 2011 [18] Este de așteptat ca până la sfârșitul anului 2011 astfel de sisteme să fie disponibile de la toți producătorii de top de echipamente optice.
Îmbunătățirea sistemelor de transport optic pentru transmiterea Ethernet de 100 gigabiți va avea loc inevitabil în direcția reducerii costului acestora, în timp ce se pot utiliza următoarele tehnologii promițătoare: transmiterea în comun a unui semnal prin două lasere de 50 gigabit de cost mai mic într-unul dedicat. banda de spectru, utilizarea pe scară largă a procesării semnalelor digitale ( DSP ) pentru a corecta neliniaritățile, reducerea numărului de conversii optoelectronice (OEO) în sistemul de transport prin sprijinirea surselor de semnal externe (lambda străine) și așa mai departe.
Prezența sistemelor optice liniare de transmisie de date de 100 gigabiți permite reducerea numărului de lungimi de undă necesare în sistemele DWDM și creșterea cantității de date transmise prin infrastructura de cablu existentă. Cu toate acestea, utilizarea transportului optic de 100 Gigabit pentru a transporta fluxuri de date paralele de 10 Gigabit reduce eficiența multiplexării statistice în rețelele de pachete și necesită, de asemenea, muxponderi 10x10 Gigabit pentru negocierea formatului. Din acest motiv, operatorii backbone își manifestă interesul să accepte 100 Gigabit Ethernet direct la interfața routerului (comutator de pachete).
Dificultatea dezvoltării unui chipset care să suporte 100 Gigabit Ethernet constă în necesitatea de a asigura performanțe ridicate cu încărcare uniformă a interfeței, indiferent de parametrii traficului de intrare și absența permutărilor de pachete în cadrul unui singur flux IP/MPLS - această din urmă cerință este făcută prin paralelizarea unei interfețe full-duplex de 100 Gigabit între mai multe (două sau patru) procesoare de rețea separate este dificilă din punct de vedere tehnic. Dificultăți suplimentare sunt create de proiectarea plăcilor de linie - din cauza cerințelor crescute pentru dimensiunea și răcirea opticii de 100 de gigabiți și a deficitului de transceiver de 100 de gigabiți de pe piață, pionierii echipamentelor de rețea de 100 de gigabiți au fost forțați să conducă dezvoltări optoelectronice independente sau comune pentru a face față constrângerilor rigide liniare și energetice ale dispozitivelor moderne de rețea. Este de așteptat ca, pe măsură ce componentele electronice și optice comerciale ale soluțiilor de 100 de gigabiți intră pe piața liberă, lista furnizorilor de astfel de sisteme va crește, iar prețurile vor scădea în mod activ.
O cantitate semnificativă de investiții inițiale în lansarea produselor 100-Gigabit Ethernet explică atât concentrarea inițială către echipamentele de cea mai mare categorie de preț (clasa de transport), cât și dorința producătorilor de a „raporta înainte de termen” despre lansarea produselor înainte de termen. începerea producției de masă, pe baza rezultatelor testelor de inginerie sau tehnologice. Prin urmare, în lista istorică a primilor furnizori de soluții 100 Gigabit Ethernet de mai jos, sunt indicate atât datele anunțului inițial al produselor IP/MPLS, cât și datele oficiale de livrare (în funcție de disponibilitatea informațiilor).
Alcatel -Lucent a anunțat pentru prima dată 100 de interfețe Gigabit 802.3ba pentru routerele 7450 ESS/7750 SR în iunie 2009; în iunie-septembrie 2010 au avut loc probe și demonstrații publice [19] . Cu toate acestea, într-o prezentare a președintelui diviziei optice a companiei, James Watt (aprilie 2011) [20] , 100-gigabit Ethernet a fost încă menționat doar în contextul unei demonstrații către clienți (T-Systems, Portugal Telecom, 360Networks) . Comunicatul de presă al companiei din 18 iunie 2011 [21] a fost din nou limitat la rezultatele testelor pe teren.
O posibilă explicație pentru o întârziere atât de mare este arhitectura produselor de pachete Alcatel-Lucent, orientate inițial spre furnizarea de servicii la marginea rețelei (VPLS, PPPoE , structură avansată de coadă).
De fapt, Alcatel-Lucent produce o singură familie de rutere de bază (Alcatel 7750) achiziționată de la Timetra Networks. În 2011, singurul element de bază produs în masă pentru familie a fost un procesor de rețea cu design propriu FP2, cu o performanță full duplex de 50 Gb/s. Conform documentației companiei, două chipset-uri FP2 pot fi instalate și într-o configurație opusă, half-duplex, de 100 Gb, permițând o interfață Ethernet de 100 Gb fără echilibrarea fluxului între cipuri. Cu toate acestea, o astfel de configurație hardware este plină de dezechilibru de încărcare datorită faptului că numărul de operațiuni de intrare (căutare de intrare), de regulă, depășește numărul de operațiuni de ieșire necesare (căutare de ieșire) - ceea ce poate să nu fie suficient pentru soluție. pentru a lucra stabil într-o rețea reală.
În viitor, Alcatel-Lucent plănuiește să migreze platforma 7750 la chipsetul 400 Gigabit FP3 anunțat în mai 2011 [22] , care ar putea deveni primul produs real de 100 Gigabit al companiei bazat pe platforma 7750 actualizată.
Brocade a anunțat suport pentru 100 Gigabit Ethernet pe platforma sa moștenită MLXe de la preluarea Foundry Networks în septembrie 2010 [ 23] . Cu toate acestea, încă din iunie 2011, Brocade a putut anunța prima lansare comercială a tehnologiei sale 100 Gigabit la site-ul AMS-IX din Amsterdam [24] , devenind astfel una dintre primele firme care generează venituri pe piața de 100 Gigabit.
Linia MLXe de routere de mare viteză folosește procesoare de rețea și optica terță parte; platforma suportă un minim de servicii atât în pachet (comutator IP de bază / MPLS), cât și în gama optică (varietate de transceiver). Brocade a poziționat primul său produs MLXe 100 Gigabit Ethernet (placă de linie cu două porturi) în segmentul de preț entry-level, cu o licență suplimentară pentru utilizarea unui al doilea port.
În 2008, Cisco, împreună cu Comcast , a anunțat testarea cu succes a Ethernetului de 100 gigabit peste infrastructura optică existentă între orașele Philadelphia, Pennsylvania [25] și McLean, Virginia. Au fost utilizate routere Cisco CRS-1 și canale optice DWDM [26] . Cu toate acestea, această demonstrație nu a reprodus o legătură Ethernet full duplex de 100 Gbps, deoarece routerul CRS-1 acceptă până la 40 Gbps per slot. Evident, la testul din 2008, sarcina interfeței nu putea depăși jumătate din viteza calculată.
Din punct de vedere tehnic, prima platformă Cisco capabilă să ruleze interfețe 100 Gigabit Ethernet a fost routerul CRS-3, cu un chipset pe card de linie și 140 Gbps per slot. Din acest motiv, prima testare adevărată a echipamentelor 100 Gigabit Ethernet de la Cisco nu a avut loc până în 2010, iar primii clienți comerciali ( AT&T și Comcast) au fost anunțați în aprilie 2011 [27] . În iulie 2011, Cisco a organizat și demonstrații de 100 de interfețe Gigabit pe routerele Core Edge (ASR9000) [28] fără a anunța o dată de livrare.
Huawei a dezvăluit o dezvoltare „în primul rând în industrie” a unei interfețe de router de 100 Gigabit în octombrie 2008 [29] . Următorul pas al companiei a fost să anunțe un sistem complet de transmisie de 100 Gbit/s în septembrie 2009 [30] . Sistemul a inclus transport optic OSN6800/8800 și plăci de linie de router NE5000e de 100 gigabit bazate pe chipset-ul proprietar „Solar 2.0 PFE2A chip” și optică în factorul de formă CFP . În 2010, aceeași soluție a fost detaliată ca și utilizarea cardurilor LPU-100F bazate pe două chipset-uri Solar 2.0 într-o configurație opusă [31] . Cu toate acestea, într-un comunicat de presă al companiei despre primirea unui contract pentru construcția unei rețele IP/MPLS pentru compania rusă Megafon în octombrie 2010 [32] , Huawei a raportat doar livrarea sistemelor NE5000e de 40 de gigabiți, „cu capacitatea pentru a scala până la 100 Gbit » pe slot.
În aprilie 2011, compania a lansat un nou anunț de card de linie pentru NE5000e bazat pe același chipset Solar 2.0 - două carduri 100 Gigabit LPU-200 [33] . În descrierea soluției însoțitoare [34] , au fost date cifre pentru livrările versiunii 20G/40G a chipset-ului (120.000 de kituri Solar 1.0), dar nu au fost date cifre pentru livrările Solar 2.0. Tot într-un comunicat de presă privind testarea echipamentelor de 100 Gb în Rusia în august 2011 [35] , Huawei a anunțat instalarea comercială a sistemelor DWDM de 100 Gb/s la KPN și China Telecom, dar nu a adus la bază un singur cumpărător de soluții de 100 Gb. NE5000e.
Pe lângă întârzierile în implementarea chipset-ului pentru a suporta 100 Gb/s, poziția Huawei poate fi slăbită și de baza instalată NE5000e, dintre care majoritatea nu sunt compatibile cu carduri noi cu viteze de 100 și 200 Gb/s per slot. Astfel, în ciuda anunțului foarte devreme al produselor de 100 Gigabit, este puțin probabil ca Huawei să obțină profit pe piața de 100 Gigabit în 2011.
Juniper a anunțat suport pentru 100 Gigabit Ethernet pe platforma T1600 în iunie 2009 [36] . Până atunci, platforma T1600 a fost livrată de doi ani și a acceptat carduri de linie de 100 Gigabit (configurații de porturi 10x10 Gigabit). Instalate în noiembrie 2010 în routerele T1600 ale rețelei academice Internet2, modulele Ethernet de 100 gigabiți [37] i- au permis lui Juniper să se poziționeze ca furnizor principal de produse seriale de 100 gigabiți. În același 2010, compania a demonstrat funcționarea interfețelor Ethernet de 100 gigabit de la nucleu până la marginea rețelei între platformele T1600 și MX3D [38] .
În martie 2011, compania a început să livreze soluții de 100 de gigabiți către Verizon [39] ). Judecând după rapoartele utilizatorilor, în aceeași perioadă de timp, Juniper a fost livrat și către clienți mai mici (de exemplu, Janet UK [40] ) și până la jumătatea anului 2011 avea deja o bază semnificativă de clienți de 100 de gigabiți. Dezavantajul liderului pieței de 100 Gb a Juniper pare să fie arhitectura sa de densitate relativ scăzută (o interfață de 100 Gb per slot, care rulează prin două chipset-uri paralele de 50 Gb cu partajare egală a sarcinii). Până la sfârșitul anului 2011, Juniper a pregătit începerea operațiunii comerciale a două noi produse backbone de 100 Gb/s simultan - seria T actualizată (T4000) cu o viteză de 240 Gb/s per slot și noul switch PTX MPLS cu o viteză de 480 Gb/s per slot [41]
Piața soluțiilor de 100 Gigabit pentru routere în ansamblu a repetat situația odată cu lansarea interfețelor de 10 Gigabit la începutul anilor 2000 - de facto, pionierul furnizării a fost Juniper, cu câteva luni înaintea Cisco, cel mai mare rival al său. Mai mult, o nouă filială de rețea a Brocade s-a alăturat ofertei, în timp ce restul participanților de pe piață nu au putut să pună un punct în primul val.
Ethernet - o familie de tehnologii de rețele locale | |
---|---|
Viteze |
|
Articole generale |
|
istoric |
|
Transceiver-uri | |
Interfețe | |
Toate articolele despre Ethernet |