В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

100-гигабитный Ethernet
Часть 1

Николай Слепов
К.т.н., с.н.с. РАН

Проект стандарта

Еще в 2006 г. Группа высокоскоростных технологий Ethernet (HSSG, США) обсуждала возможность создания 100-гигабитного Ethernet (100GE) и разработала график, ориентированный на выпуск временного стандарта 100GE в 2009 г. Она предложила следующие цели проекта 100GE:

• поддерживать только полнодуплексную версию Ethernet;
• сохранить формат кадра Ethernet 802.3 на уровне сервисного интерфейса клиента MAC;
• сохранить минимальный и максимальный размеры кадров текущего стандарта 802.3;
• обеспечить поддержку BER на уровне не хуже 10-12 на интерфейсе MAC/PLS;
• обеспечить поддержку сетей OTN;
• поддержать скорость 100 Гбит/с на интерфейсе MAC/PLS;
• обеспечить длину передачи не меньше 10 км на одномодовом (ОМ) ОВ и 100 м на многомодовом (ММ) ОВ.

При проработке нового стандарта за основу был взят стандарт 10GE [1]. Новый стандарт имел сначала название HSE (Ethernet более высокой скорости), а не 100GE. Временный стандарт (P802.3ba) 2009 г. предлагалось использовать для приложений разных классов: многопроцессорных суперкомпьютерных систем (МП-СКС), традиционных транспортных сетей SONET/SDH/WDM, и собственно транспортных сетей Ethernet. Причем сначала предполагалось реализовать Ethernet на скорости 100 Гбит/с (100GE), а затем на скорости 40 Гбит/с (40GE).

Если говорить о преемственности версий данной технологии, то, как видно из табл. 1, больше половины параметров первых трех версий (полудуплексного) Ethernet неприменимо к двум последним версиям, прежде всего потому, что Ethernet стал по-настоящему дуплексной технологией.

Что такое разные классы приложений и может ли стандарт удовлетворить их?

Первый класс МП-СКС не нов и удовлетворяется коммутационными структурами последовательного типа (КСПТ) путем формирования параллельных потоков GE и 10GE (называемых потоками данных, или lanes) для замены в компьютерах параллельной шины PCI на последовательно-параллельную шину PCI Express [2]. При работе в компьютерах достаточно иметь возможность передавать данные на расстояние 1 м, чтобы обеспечить операции на задней (объединительной) панели (backplane). Этот класс обеспечивает гибкость и масштабируемость, но требует объединения нескольких потоков данных (lanes). Это привело к созданию в рамках HSE версии Ethernet со скоростью 40 Гбит/с (40GE), получаемой объединением 4 потоков по 10 Гбит/с.

Второй класс традиционен для Ethernet, начиная с версии 10GE. Это распределительные и транспортные сети SONET/SDH/WDM уровня 10/40 (4х10) Гбит/с [3]. Однако если 10GE может быть инкапсулирован в полезную нагрузку SDH STM-64 с помощью интерфейса 9,95 Гбит/с, то 40GE не может быть инкапсулирован в полезную нагрузку STM-256 емкостью 39,81 Гбит/с, так как имеет скорость 41,25 Гбит/с [4]. Единственное решение – использовать интерфейсы Ethernet-WDM (4/10х10 Гбит/с).

Третий класс – собственно транспортные сети 100GE, которые могут составить конкуренцию транспортным сетям SDH/WDM с архитектурой метро-сетей протяженностью до 40 км, если к этому времени не появится 160 Гбит/с вариант SDH (STM-1024) [5].

Четвертый класс характерен для передачи 1/10/40/100GE через оптические транспортные сети OTN, описанные в рекомендации ITU-T G.709 [6]. Любые гигабитные потоки Ethernet могут быть инкапсулированы в оптические транспортные блоки OTUk (уровня k = 1, 2, 3, 4) сетей OTN. Так, OTU1 может инкапсулировать поток 2,67 Гбит/с, или 2х1GE (фактически 2х1,25 Гбит/с); OTU2 – 10,71Гбит/с, или 10GE (фактически 10,31 Гбит/с); OTU3 – 43,02 Гбит/с, или 40GE (фактически 41,25 Гбит/с) и OTU4 – 111,81, или 100GE (фактически 103,12 Гбит/с). Проблема в том, что эти сети существуют пока только на бумаге (как рекомендации G.709/Y.1331), хотя технология WDM позволяет реализовать OTN [4].

Реализация технологии HSE

Уже во временной версии стандарта HSE (40/100GE) была приведена спецификация следующих интерфейсов уровня PHY подуровня PMD, определяющих типы потоков Ethernet (см. табл. 2).

Здесь использованы следующие сокращения:

KR – интерфейс с максимальной дистанцией передачи 1 м (обслуживает заднюю панель компьютерных систем);

CR – интерфейс, использующий медную пару (STP), максимальная дистанция передачи – 7 м (обслуживает компьютерные системы и аппаратные комнаты LAN);

SR – интерфейс короткой секции, использующей ММ ОВ на волне 850 нм (обслуживает звено LAN – 100 м для ОВ типа OM3 и 125 м для OM4 [7]);

LR – интерфейс длинной секции (до 10 км), использующей ОМ ОВ на волне 1300 нм для обслуживания 4 поточных приложений с общим потоком 40 Гбит/с с помощью технологии CWDM  (4х10,3125  Гбит/с)  или 100 Гбит/с с помощью технологии WDM (4х25,78125 Гбит/с);

ER – интерфейс расширенной секции (до 40 км), использующей ОМ ОВ на волне 1300 нм (для обслуживания 100 Гбит/с приложений с помощью технологии WDM).                            n

Литература

1. Слепов Н.Н. 10-гигабитный Ethernet // Технологии и средства связи. – 2011. – № 4. С. 18–20; № 5. С. 34–35.
2. Слепов Н. RapidIO – коммутационная структура последовательного типа // Электроника: НТБ. – 2006. – Ч. I. – №5. С. 76–89; Ч. II. – № 6. С. 50–65.
3. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи: 2-е изд., исправ. – М.: Радио и связь, 2003. – 468 с.
4. Roese J., Tomizava M., Ishida O. Optical Transport Network Evolving with 100 Gigabit Ethernet. – IEEE Commun. Mag., March 2010. Vol. 50. No. 3. P. 28–34.
5. Слепов Н. Системы SDH уровня STM-1024: Эксперименты или реальность? // Первая миля. – 2009. – № 3/4. С. 24–30.
6. ITU-T G.709/Y.1331. Interfaces for the Optical Transport Network (OTN) (12.2009).
7. Волоконно-оптическая техника: современное состояние и новые перспективы: 3-е изд., перераб. и доп. / Сб. статей под ред. С.А. Дмитриева и Н.Н. Слепова. – М.: Техносфера, 2010. – 608 с.

О том, какие существуют интерфейсы и подуровни РНY и МАС, а также об особенностях реализации технологии 40/100 GBE, вы сможете узнать во второй части статьи в журнале ТСС № 1/2012. Статья поступила в редакцию 31.05.2011 г.

Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #6, 2011
Посещений: 10264

Статьи по теме

• Особенности сетей нового поколения (NGN). Часть 3
• Особенности сетей нового поколения (NGN). Часть 1. Next Generation Network (NGN) peculiarities. Part 1
• All-over-IP Expo 2013: на 45% больше значимых инноваций, экспонентов, звездных персон и подготовленных встреч с покупателями
• Главная задача банка – стать персональным финансовым советником
• Развитие современных мультисервисных сетей ШПД. Development of modern broadband multiservice networks

Автор Николай Слепов Независимый эксперт Всего статей:  23

В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций