40 Gigabit Ethernet ( 40 GbE ) ja 100 Gigabit Ethernet ( 100 GbE ) [1] ovat Ethernet -standardeja , jotka IEEE P802.3ba Ethernet Task Force [2] on kehittänyt marraskuun 2007 ja kesäkuun 2010 välisenä aikana [3] [4] .
Nämä standardit ovat seuraava vaihe Ethernet-standardiryhmän kehityksessä, jonka nopeus vuoteen 2010 asti oli suurin 10 Gb/s . IEEE Std 802.3ba-2010 -standardi asettaa tiedonsiirtonopeudeksi 40 ja 100 Gb / s, kun useita tietoliikennelinjoja (kaista) jaetaan nopeudella 10 tai 25 Gb / s.
P802.3ba-työryhmän luonnoksen julkaisupäivät:
Standardin lopullinen versio hyväksyttiin 17. kesäkuuta 2010 numerolla IEEE 802.3ba-2010.
40/100 Gigabit Ethernet -standardit kuvaavat useita erilaisia Physical Layer ( PHY ) -standardeja. Verkkolaitteet voivat käyttää erilaisia PHY-tyyppejä käyttämällä kytkettäviä PHY-moduuleja. Valokuitua käyttävät moduulit on standardoitu 802.3ba:ssa ja erilaisissa monilähdesopimuksissa , MSA: ssa (eri valmistajien väliset sopimukset). Yksi standardoitu moduuli, joka tukee sekä 40 että 100 Gigabit Ethernetiä, on CFP MSA ( C form-factor pluggable ) [7] , jota voidaan käyttää 100 metrin tai sitä pidemmälle etäisyyksille . Moduulit QSFP ja CXP tarjoavat toiminnan lyhyemmillä etäisyyksillä [8] .
802.3ba-standardi tukee vain kaksipuolista toimintaa [9] .
Standardin PHY-osaa kehitettäessä asetettiin seuraavat tavoitteet:
Seuraavat PHY-muunnelmat on standardoitu:
PHY | 40 Gigabit Ethernet | 100 Gigabit Ethernet |
---|---|---|
vähintään 1 m takalevyn poikki | 40GBASE-KR4 | |
vähintään 10 m kuparikaapelin yli | 40GBASE-CR4 | 100GBASE-CR10 |
vähintään 100 m OM3 MMF:n mukaan | 40GBASE-SR4 | 100GBASE-SR10 |
vähintään 125 m OM4 MMF:n mukaan | 40GBASE-SR4 | 100GBASE-SR10 |
vähintään 10 km SMF:llä | 40GBASE-LR4 | 100GBASE-LR4 |
vähintään 40 km SMF:llä | 100GBASE-ER4 |
Tehtävä lähettää signaali nopeuksilla 40 ja 100 Gbps 100 metrin OM3-optisella kaapelilla (40GBASE-SR4 ja 100GBASE-SR10) ratkaistiin käyttämällä noin 850 nm:n aaltoja, jotka ovat samanlaisia kuin standardissa 10GBASE-SR.
40 Gb/s signaalin siirto painettujen piirilevyjen (esim . blade-palvelinkehikon taustalevyt) yli jopa 1 metrin etäisyyksille (40GBASE-KR4) toteutetaan käyttämällä 10GBASE-KR-standardin 4 kaistaa.
Toiminta 10 ja 40 km:n etäisyyksillä toteutetaan käyttämällä neljää eri aallonpituutta (noin 1310 nm) ja käyttää optisia elementtejä, joiden tiedonsiirtonopeus on 25 Gb/s (100GBASE-LR4 ja 100GBASE-ER4) ja 10 Gb/s (40GBASE:lle) - LR4). [11] .
Ryhmitetty toteutettujen PHY-vaihtoehtojen mukaan.
Tietoja 40/100 Gb/s moduulien luomisesta taustalevyille tällä hetkellä[ milloin? ] puuttuu. Lyhyen kantaman 100 gigabitin monilinkkiyhteydet näyttävät kuitenkin lupaavimmalta kustannusten ja luotettavuuden suhteen kuin tällä hetkellä käytetyt.[ milloin? ] tasomaiset 10 Gb/s pintasäteilyttävien lasereiden ( VCSEL -ryhmät) ja tulevat todennäköisesti lähitulevaisuudessa tuotteisiin, joissa on optinen kytkentämatriisi - kuten Juniper TX ja Cisco CRS FCC.
Vuonna 2009 Quellan ilmoitti arviointilautakunnan [12] perustamisesta , mutta ei toimittanut valmiita moduuleja.
Mellanox [13] ja Reflex Photonics [14] ilmoittivat aloittavansa monimuotokuitujen CFP-moduulien myynnin.
Finisar [15] , Sumitomo Electric Industries [16] ja OpNext [17] esittelivät European Optical Communications Show:ssa ( ECOC ) vuonna 2009 yksimuotoisia 40 ja 100 gigabitin Ethernet-moduuleja, jotka perustuvat CFP MSA -standardiin .
Toisin kuin 1990-luvun lopulla, jolloin nopeiden runkoreitittimen liitäntöjen puute jarrutti koko Internetin kehitystä, siirtonopeuksien kasvu 10:stä 100 Gb/s 2010-luvulla johtui pääasiassa taloudellisista syistä, kuten esim. kuten: vähentää optisissa runkoverkoissa tarvittavien aaltojen määrää, vähentää yhteenliittämiskustannuksia suurissa datakeskuksissa ja liikenteen vaihtopisteissä sekä vähentää kapasiteettihäviöitä, jotka johtuvat liikenteen epätasapainosta rinnakkaisissa 10 gigabitin kanavien ryhmissä. Samaan aikaan monet runkoverkkooperaattorit ovat pyrkineet siirtymään suoraan 10 Gb/s SONET/SDH:n käytöstä ohittaen 40 Gb/s välivaiheen 100 Gb/s Ethernet-liitäntöihin ja nostamaan arvoa odotettavissa olevan nopean laskun vuoksi. jälkimmäisen hinta.
Tärkeä tekijä odotetussa hinnanalennuksessa oli SONET/SDH:n ja Ethernetin erillisten kanavajärjestelmien kehittämisestä luopuminen. Käytännössä 100 gigabitin Ethernetistä on nyt tullut ainoa optisen nopeushierarkian (ODU4) huipulla oleva kehysmuoto, joka takaa rinnakkaisen hinnanalennuksen lisäämällä 100 gigabitin rajapintojen tuotantoa sekä runko- että paikallisverkkoihin. Hierarkian seuraavan tason tulisi olla ODU5-muoto, joka on suunniteltu käytettäväksi yksinomaan 400 gigabitin Ethernet-verkoissa .
Kehittäessään 100 gigabitin järjestelmiä teollisuuden oli voitettava seuraavat tekniset haasteet:
Yleisesti ottaen näiden ongelmien ratkaiseminen vaati merkittäviä investointeja immateriaalioikeuksiin, mikä viivästytti lopputuotteiden saamista markkinoille. Huolimatta siitä, että useimmat optisten ja elektronisten laitteiden valmistajat ilmoittivat tukevansa 100 gigabitin järjestelmiä vuosina 2009–2010 ja testasivat säännöllisesti eri valmiusasteisia järjestelmiä, 100 gigabitin Ethernetin laaja käyttöönotto alkoi vasta vuonna 2011.
Koska optisen signaalin siirto epälineaarisessa ympäristössä ( optinen kuitu ) on pohjimmiltaan analoginen ongelma, edistyminen tällä alueella on hidastumassa, ja paljon enemmän kuin digitaalisen elektronisen piirin litografian hiipuva kehitys (kuvattu Mooren empiirisellä lailla). ). Tämän seurauksena, vaikka 10 gigabitin optisia rajapintoja ja siirtojärjestelmiä on ollut olemassa 1990-luvun puolivälistä lähtien, ensimmäiset onnistuneet yritykset lähettää 100 gigabitin virtaa optisissa verkoissa tapahtuivat yli 15 vuotta myöhemmin. Lisäksi ensimmäisiin runkoverkon 100 gigabitin järjestelmiin kohdistui useita vakavia rajoituksia, mukaan lukien korkeat kustannukset, jotka johtuivat ainutlaatuisten laserjärjestelmien käytöstä, sekä merkittävät energia- ja kokovaatimukset, jotka sulkivat pois lähetin-vastaanottimien tuotannon kompaktissa muodossa ( kuten SFP + ), joka on aiemmin kehitetty 1, 2,5 ja 10 gigabitin signaaleille.
Vuoden 2011 puolivälissä vähintään viisi yritystä toimitti ODU4 (104,794 Gbps) yhteensopivia optisia siirtojärjestelmiä asiakkaille, mukaan lukien Ciena (entinen Nortel Networks -ratkaisu ), MRV, Alcatel-Lucent ja ADVA Optical Networking . Viimeisenä listalle liittyi Huawei , joka ilmoitti toimitusten alkamisesta korealaiselle KPN-yritykselle kesäkuussa 2011 [18] Tällaisia järjestelmiä odotetaan olevan saatavilla kaikilta johtavilta optisten laitteiden valmistajilta vuoden 2011 loppuun mennessä.
100 gigabitin Ethernetin siirtoon tarkoitettujen optisten siirtojärjestelmien parantaminen tapahtuu väistämättä niiden kustannusten alenemisen suuntaan, kun taas voidaan käyttää seuraavia lupaavia tekniikoita: signaalin yhteinen siirto kahdella edullisemmalla 50 gigabitin laserilla yhdessä dedikoidussa tilassa. spektritaajuus, digitaalisen signaalinkäsittelyn ( DSP ) laaja käyttö epälineaarisuuden korjaamiseksi, optoelektronisten (OEO) muunnosten määrän vähentäminen kuljetusjärjestelmässä tukemalla ulkoisia signaalilähteitä (ulkomaisia lambda-signaaleja) ja niin edelleen.
Lineaariset optiset 100 gigabitin tiedonsiirtojärjestelmät mahdollistavat tarvittavien aallonpituuksien määrän vähentämisen DWDM-järjestelmissä ja lisäävät nykyisen kaapeliinfrastruktuurin kautta siirrettävän datan määrää. Kuitenkin 100 gigabitin optisen siirron käyttö rinnakkaisten 10 gigabitin tietovirtojen kuljettamiseen vähentää tilastollisen multipleksoinnin tehokkuutta pakettiverkoissa ja vaatii myös 10 x 10 gigabitin muxpondereita formaattien neuvotteluun. Tästä syystä runkoverkko-operaattorit ovat kiinnostuneita siirtymään tukemaan 100 Gigabit Ethernetiä suoraan reitittimen (pakettikytkin) liitännässä.
Vaikeus kehittää piirisarjaa tukemaan 100 Gigabit Ethernetiä johtuu tarpeesta varmistaa korkea suorituskyky tasaisella liitännän kuormituksella riippumatta saapuvan liikenteen parametreista ja pakettien permutaatioiden puuttumisesta yhdessä IP / MPLS-virrassa - jälkimmäinen vaatimus on tehty. yhden full-duplex 100 Gigabit -liitännän rinnakkaiskytkentä useiden (kahden tai neljän) erillisen verkkoprosessorin välillä on teknisesti vaikeaa. Lisää hankaluuksia tuo linjakorttien suunnittelu - 100 gigabitin optiikan kohonneiden koko- ja jäähdytysvaatimusten sekä 100 gigabitin lähetin-vastaanottimien markkinoiden puutteen vuoksi 100 gigabitin verkkolaitteiden pioneerit joutuivat tekemään riippumaton tai yhteinen optoelektroninen kehitys, jotta voidaan vastata nykyaikaisten verkkolaitteiden jäykiin lineaarisiin ja energiarajoitteisiin. On odotettavissa, että kun 100 gigabitin ratkaisujen kaupalliset elektroniset ja optiset komponentit tulevat vapaille markkinoille, tällaisten järjestelmien toimittajien luettelo kasvaa ja hinnat laskevat aktiivisesti.
Huomattava määrä alkuinvestointeja 100 gigabitin Ethernet-tuotteiden lanseeraukseen selittää sekä alkuperäisen keskittymisen korkeimpaan hintaluokkaan (kantoaaltoluokkaan) kuuluviin laitteisiin että valmistajien halun "raportoida etuajassa" tuotteiden lanseerauksesta ennen massatuotannon aloittaminen teknisten tai teknisten testien tulosten perusteella. Siksi alla olevassa historiallisessa luettelossa ensimmäisistä 100 Gigabit Ethernet -ratkaisun tarjoajasta on ilmoitettu sekä IP/MPLS-tuotteiden ensimmäisen ilmoituksen päivämäärät että viralliset toimituspäivät (tietojen saatavuuden mukaan).
Alcatel -Lucent julkisti ensimmäisen kerran 100 Gigabit 802.3ba -liitännät 7450 ESS/7750 SR -reitittimille kesäkuussa 2009; kesä-syyskuussa 2010 järjestettiin julkisia testejä ja esittelyjä [19] . Yrityksen optisen divisioonan johtajan James Wattin esityksessä (huhtikuu 2011) [20] 100 gigabitin Ethernet kuitenkin mainittiin vain asiakkaille suunnatun esittelyn yhteydessä (T-Systems, Portugal Telecom, 360Networks) . Yrityksen lehdistötiedote 18. kesäkuuta 2011 [21] rajoittui jälleen kenttätestituloksiin.
Mahdollinen selitys näin pitkälle viiveelle on Alcatel-Lucentin pakettituotteiden arkkitehtuuri, joka alun perin suuntautui palvelujen tarjoamiseen verkon reunalla (VPLS, PPPoE , kehittynyt jonorakenne).
Itse asiassa Alcatel-Lucent valmistaa vain yhtä perusreititinperhettä (Alcatel 7750), joka on ostettu Timetra Networksilta. Vuonna 2011 ainoa massatuoteperheen elementtikanta oli oman suunnittelemamme verkkoprosessori FP2, jonka full duplex -suorituskyky oli 50 Gb/s. Yrityksen dokumentaation mukaan kaksi FP2-piirisarjaa voidaan asentaa myös vastakkaiseen, half-duplex 100 Gb -kokoonpanoon, mikä mahdollistaa 100 Gt:n Ethernet-liitännän ilman sirujen välisen virtauksen tasapainottamista. Tällainen laitteistokokoonpano on kuitenkin täynnä kuormituksen epätasapainoa, koska syöttötoimintojen määrä (sisääntulohaku) yleensä ylittää vaadittujen lähtötoimintojen määrän (ulostulohaku) - mikä ei välttämättä riitä ratkaisulle toimimaan vakaasti todellisessa verkossa.
Tulevaisuudessa Alcatel-Lucent aikoo siirtää 7750-alustan toukokuussa 2011 julkistettuun 400 gigabitin FP3-piirisarjaan [22] , josta voi tulla yhtiön ensimmäinen todellinen 100 gigabitin tuote, joka perustuu päivitettyyn 7750-alustaan.
Brocade ilmoitti tukevansa 100 Gigabit Ethernetiä vanhalla MLXe-alustallaan Foundry Networksin haltuun syyskuussa 2010 [ 23] . Kuitenkin jo kesäkuussa 2011 Brocade pystyi ilmoittamaan 100 gigabitin teknologiansa ensimmäisen kaupallisen lanseerauksen AMS-IX :ssä Amsterdamissa [24] , jolloin siitä tuli yksi ensimmäisistä yrityksistä, jotka tuottivat tuloja 100 gigabitin markkinoilla.
Nopeiden reitittimien MLXe-sarja käyttää kolmannen osapuolen verkkoprosessoreita ja optiikkaa; alusta tukee minimipalveluita sekä pakettialueella (perus IP / MPLS-kytkin) että optisella (erilaisia lähetin-vastaanottimia) alueella. Brocade on sijoittanut ensimmäisen MLXe 100 Gigabit Ethernet -tuotteensa (kaksiporttinen linjakortti) lähtötason hintasegmenttiin, ja sillä on lisälisenssi toisen portin käyttöön.
Jo vuonna 2008 Cisco ilmoitti yhdessä Comcastin kanssa onnistuneesta 100 gigabitin Ethernetin testauksesta Pennsylvanian Philadelphian [25] ja Virginian McLeanin kaupunkien välisessä optisessa infrastruktuurissa . Käytettiin Ciscon CRS-1- reitittimiä ja optisia DWDM - kanavia [26] . Tämä esittely ei kuitenkaan tuottanut kaksisuuntaista 100 Gbps Ethernet-linkkiä, koska CRS-1-reititin tukee jopa 40 Gbps korttipaikkaa kohti. Ilmeisesti vuoden 2008 testissä rajapinnan kuormitus ei voinut ylittää puolta lasketusta nopeudesta.
Teknisesti ensimmäinen Ciscon alusta, joka pystyi käyttämään 100 gigabitin Ethernet-liitäntää, oli CRS-3-reititin, jossa oli yksi piirisarja linjakorttia kohden ja 140 Gbps per paikka. Tästä syystä Ciscon 100 Gigabit Ethernet -laitteiden ensimmäinen todellinen testaus suoritettiin vasta vuonna 2010, ja ensimmäiset kaupalliset asiakkaat ( AT&T ja Comcast) julkistettiin huhtikuussa 2011 [27] . Heinäkuussa 2011 Cisco esitteli myös 100 gigabitin rajapintoja Core Edge -reitittimissä (ASR9000) [28] ilmoittamatta toimituspäivää.
Huawei julkisti 100 gigabitin reitittimen käyttöliittymän "alan ensimmäisen" kehityksen lokakuussa 2008 [29] . Yhtiön seuraava askel oli julkistaa täydellinen järjestelmä 100 Gbit/s siirtoon syyskuussa 2009 [30] . Järjestelmä sisälsi OSN6800/8800 optisen siirron ja NE5000e 100 gigabitin reitittimen linjakortit, jotka perustuivat patentoituun "Solar 2.0 PFE2A chip" -piirisarjaan ja optiikkaan CFP -muodossa . Vuonna 2010 yksityiskohtaisesti määriteltiin sama ratkaisu kuin käyttää LPU-100F-kortteja, jotka perustuivat kahteen Solar 2.0 -piirisarjaan vastakkaisessa kokoonpanossa [31] . Yrityksen lehdistötiedotteessa, joka koski sopimusta IP/MPLS-verkon rakentamisesta venäläiselle Megafon-yritykselle lokakuussa 2010 [32] , Huawei ilmoitti kuitenkin vain 40 gigabitin NE5000e-järjestelmien toimittamisesta, "jolla on mahdollisuus skaalata jopa 100 Gbit » paikasta.
Huhtikuussa 2011 yhtiö julkaisi uuden linjakorttiilmoituksen NE5000e:lle, joka perustuu samaan Solar 2.0 -piirisarjaan - kahteen 100 Gigabit LPU-200 -korttiin [33] . Oheisen ratkaisun kuvauksessa [34] annettiin lukuja piirisarjan 20G/40G-version toimituksista (120 000 Solar 1.0 -sarjaa), mutta Solar 2.0 -toimituksista ei annettu lukuja. Huawei ilmoitti myös lehdistötiedotteessa 100 Gb:n laitteiden testaamisesta Venäjällä elokuussa 2011 [35] 100 Gb/s DWDM-järjestelmien kaupallisesta asennuksesta KPN:lle ja China Telecomille, mutta ei tuonut yhtäkään 100 Gb:n ratkaisujen ostajaa tukikohtaan. NE5000e.
Sen lisäksi, että 100 Gb/s tukevan piirisarjan käyttöönotto viivästyy, Huawein asemaa voi heikentää myös asennettu NE5000e-kanta, josta suurin osa ei ole yhteensopivia uusien 100 ja 200 Gb/s korttipaikan nopeuksilla toimivien korttien kanssa. Näin ollen huolimatta hyvin varhaisesta 100 gigabitin tuotteen ilmoituksesta Huawei ei todennäköisesti tee voittoa 100 gigabitin markkinoilla vuonna 2011.
Juniper ilmoitti kesäkuussa 2009 tuesta 100 Gigabit Ethernetille T1600-alustalla [36] . Siihen mennessä T1600-alustaa oli toimitettu kaksi vuotta ja se tuki 100 Gigabitin linjakorttia (10x10 Gigabitin porttikokoonpanot). Marraskuussa 2010 akateemisen Internet2-verkon T1600-reitittimiin asennetut 100 gigabitin Ethernet-moduulit [37] mahdollistivat Juniperin aseman johtavana 100 gigabitin sarjatuotteiden toimittajana. Samana vuonna 2010 yritys esitteli 100 gigabitin Ethernet-liitäntöjen toiminnan verkon ytimestä reunaan T1600- ja MX3D-alustojen välillä [38] .
Maaliskuussa 2011 yritys alkoi toimittaa 100 gigabitin ratkaisuja Verizonille [39] ). Käyttäjien raporttien perusteella Juniper toimitti samana ajanjaksona myös pienempiä asiakkaita (esim. Janet UK [40] ) ja vuoden 2011 puoliväliin mennessä sillä oli jo merkittävä 100 gigabitin asiakaskunta. Juniperin 100 Gt:n markkinajohtajuuden haittapuoli näyttää olevan sen suhteellisen pienitiheysarkkitehtuuri (yksi 100 Gt:n liitäntä korttipaikkaa kohti, joka kulkee kahden rinnakkaisen 50 Gt:n piirisarjan läpi tasaisella kuormanjaolla). Vuoden 2011 loppuun mennessä Juniper valmisteli kahden uuden 100 Gb / s runkoverkon tuotteen kaupallisen käytön aloittamista kerralla - päivitetyn T-sarjan (T4000) nopeudella 240 Gb / s per paikka ja uuden PTX MPLS -kytkimen nopeus 480 Gb/s per paikka [41]
Reitittimien 100 gigabitin ratkaisujen markkinat kokonaisuutena toistivat tilanteen, kun 10 gigabitin rajapinta lanseerattiin 2000-luvun alussa – tosiasiassa tarjonnan edelläkävijä oli Juniper, useita kuukausia ennen suurinta kilpailijaansa Ciscoa. Lisäksi Brocaden uusi verkkohaara liittyi tarjontaan, kun taas muut markkinaosapuolet eivät saaneet jalansijaa ensimmäisessä aallossa.
Ethernet - lähiverkkotekniikoiden perhe | |
---|---|
Nopeudet |
|
Yleiset artikkelit |
|
historiallinen |
|
Lähetin-vastaanottimet | |
Liitännät | |
Kaikki artikkelit Ethernetistä |