推動以太網(wǎng)接口速率升級到100Gbit/s的根本需求是帶寬增加，其中最主要的因素就是視頻等帶寬密集應(yīng)用，另外以太網(wǎng)的電信化應(yīng)用也導(dǎo)致匯聚帶寬需求增速加劇。從以太網(wǎng)用戶接入、企業(yè)到主干在內(nèi)的每一級網(wǎng)絡(luò)都在逼近著其當前的速度極限。

推廣100G以太網(wǎng)應(yīng)用的前提是相關(guān)標準的制定。100Gbit/s以太網(wǎng)接口對應(yīng)的標準是IEEE802.3ba，目前處于草案2.1階段，標準已經(jīng)確定了各種接口介質(zhì)、速率和物理編碼子層(PCS)、媒體接入控制(MAC)層架構(gòu)定義。標準在2009年7月會議后停止所有技術(shù)變更，2009年11月標準會議將產(chǎn)生草案3.0，預(yù)計于2010年6月前發(fā)布。此外，和100GE相關(guān)的標準組織還包括國際電信聯(lián)盟遠程通信標準組(ITU-T)和光互聯(lián)論壇(OIF)，其關(guān)注的側(cè)重點不同，ITU-T主要制定100G傳輸光轉(zhuǎn)換單元(OTU)幀結(jié)構(gòu)和編碼、容錯技術(shù)；OIF主要研究物理層高速通道規(guī)范、定義電接口標準。

以太網(wǎng)升級到100Gbit/s接口離不開關(guān)鍵技術(shù)支撐，關(guān)鍵技術(shù)的成熟和商用化也都還需要時間。從芯片、系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)各個層面包括標準研究都還需要技術(shù)突破和時間。

支撐100G以太網(wǎng)接口的關(guān)鍵技術(shù)，主要包含物理層(PHY)通道匯聚技術(shù)、多光纖通道及波分復(fù)用(WDM)技術(shù)。物理介質(zhì)相關(guān)(PMD)子層滿足100Gbti/s速率帶寬，新的芯片技術(shù)支持到40nm工藝，這些提供了開發(fā)下一代高速接口的可能。對應(yīng)于接口部分，光纖接口PMD的并行多模接口存在著封裝密度大和功耗問題需要解決，單模4×25Gbit/s的WDM接口存在25Gbit/s串行并行轉(zhuǎn)換電路(SERDES)技術(shù)和非冷卻光器件的技術(shù)需要突破；對應(yīng)于系統(tǒng)部分，接口速率提高帶來的高帶寬給包處理、存儲，系統(tǒng)交換，背板技術(shù)都提出了新的門檻；對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)，需要解決新接口的傳輸問題，不光需要定義新的OTU幀結(jié)構(gòu)，對于如此超高速傳輸，需要解決電子線路極限情況下的信號處理、光信號的調(diào)制、物理編碼、色散補償、非線性處理、與FE/GE/10GE幀結(jié)構(gòu)和PHY內(nèi)各子層的兼容性和一致性問題等，還需要使100G傳輸特性能夠滿足現(xiàn)有10G傳輸網(wǎng)的相關(guān)特性，否則帶來的網(wǎng)絡(luò)重建必將影響新技術(shù)的推進。

下一代以太網(wǎng)技術(shù)標準包含了40Gbit/s和100Gbit/s兩種速度，主要針對服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)方面不同的需求。40Gbit/s主要針對計算應(yīng)用，而100Gbit/s則主要針對核心和匯接應(yīng)用。提供兩種速度，IEEE意在保證以太網(wǎng)能夠更高效更經(jīng)濟地滿足不同應(yīng)用的需要，進一步推動基于以太網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)會聚。標準規(guī)定了物理編碼子層(PCS)、物理介質(zhì)接入(PMA)子層、物理介質(zhì)相關(guān)(PMD)子層、轉(zhuǎn)發(fā)錯誤糾正(FEC)各模塊及連接接口總線，MAC、PHY間的片間總線使用XLAUI(40Gbit/s)、CAUI(100Gbit/s)，片內(nèi)總線用XLGMII(40Gbit/s)、CGMII(100Gbit/s)。

標準僅支持全雙工操作，保留了802.3MAC的以太網(wǎng)幀格式；定義了多種物理介質(zhì)接口規(guī)范，其中有1m背板連接(100GE接口無背板連接定義)、7m銅纜線、100m并行多模光纖和10km單模光纖(基于WDM技術(shù))，100Gbit/s接口最大定義了40km傳輸距離。標準定義了PCS的多通道分發(fā)(MLD)協(xié)議架構(gòu)，標準還定義了用于片間連接的電接口規(guī)范，40Gbit/s和100Gbit/s分別使用4個和10個10.3125Gbit/s通道，采用輪詢機制進行數(shù)據(jù)分配獲得40G和100G的速率，另通過虛擬通道的定義解決了適配不同物理通道或光波長問題；明確了物理層編碼采用64B/66B。

標準雖然給出了100Gbit/s以太網(wǎng)的架構(gòu)、接口定義，但目前尚有諸多待解決的問題。首先，PMD是802.3ba的一個關(guān)鍵部分，40G/100G光模塊包含短波長的并行接口，對應(yīng)40GBASE-4SR和100GBASE-10SR，主要的技術(shù)難點在于封裝密度大；長波長的波分接口，難度在于PMA對應(yīng)的25Gbit/s的SERDES和封裝技術(shù)，對于100G的WDM光模塊非制冷激光器技術(shù)是標準相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，封裝形式由CFP多源協(xié)議(MSA)規(guī)定為CFP；對應(yīng)的銅纜介質(zhì)有關(guān)接口(MDI)標準的定義采用SFF-8436和SFF-8642，具體的結(jié)構(gòu)尺寸和引腳分配已經(jīng)給出。據(jù)了解目前主要供應(yīng)商提供100G WDM光模塊要到2010年。

100G接口對應(yīng)的相關(guān)芯片在MAC層已經(jīng)沒有問題，PMA業(yè)務(wù)接口電接口規(guī)范要求每個通道工作在10.3125Gbit/s速率，除了標準成熟后使用專用集成電路(ASIC)實現(xiàn)，前期基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)實現(xiàn)的MAC則需要支持到10.3125Gbit/s速率，僅有少數(shù)FPGA公司支持。之前的評估系統(tǒng)采用的是增加SERDES Mux器件，由8/20個5.15625Gbit/s的通道轉(zhuǎn)換到4/10個10.3125Gbit/s的標準接口的過渡措施。

對于100G以太網(wǎng)設(shè)備系統(tǒng)，除了以上100G以太網(wǎng)接口相關(guān)技術(shù)難點需要克服，還需要配套的包處理器，對于分布式大容量交換系統(tǒng)還需要大容量的分組交換系統(tǒng)套片等系統(tǒng)級的困難需要解決。

對于100G的包處理能力，目前業(yè)界還沒有通用可選方案，開發(fā)中的幾個方案都還待評估；對于網(wǎng)絡(luò)處理器的內(nèi)容可尋址存儲器(CAM)等查找接口帶寬最少要增加2倍以上，數(shù)據(jù)總線寬度、速率也都存在瓶頸，催生了Interlaken LA等串行高速總線接口投入使用。由于單片處理能力限制及總線接口轉(zhuǎn)換等導(dǎo)致存在和多片堆砌的情況，至使單板面積、功耗等都難接受。基于FPGA定制開發(fā)的解決方案需要企業(yè)具備全面的技術(shù)，往往提供的業(yè)務(wù)處理能力受限。

分組交換系統(tǒng)套片，包括交換網(wǎng)和交換網(wǎng)接口芯片，或含流量管理(TM)芯片，以前大多數(shù)系統(tǒng)都難于支持每線卡大于100Gbit/s的有效數(shù)據(jù)帶寬，目前新方案每線卡背板接口帶寬最大約為100~200Gbit/s，背板SERDES總線速率支持到6.5Gbit/s左右；支持100Gbit/s接口每線卡帶寬需要升級到200~500Gbit/s帶寬，背板SERDES速率甚至要達到10.3125Gbit/s以上，對于背板設(shè)計、工藝要求、材料、總線長度滿足等都比以前要苛刻的多；對于滿足電信級要求的系統(tǒng)，還需要滿足虛擬隊列(VoQ)、層次化服務(wù)質(zhì)量(HQoS)等流管理特性，這就要求更大的處理帶寬需求、更多的隊列支持能力、更大的緩沖等提升系統(tǒng)設(shè)計難度。

隨著系統(tǒng)要求的提升，系統(tǒng)功率也在提高。100Gbit/s長波長PMD需要4個25Gbit/s通道，SERDES速率和通道數(shù)的增加需要更大電源；100Gbit/s處理器需要更大量的存儲器，當然也需要更大功率；微處理技術(shù)也需要更大功率。對此，需要尋找解決方案。功率事關(guān)未來，同時功率也是重大的障礙，不僅要為電路板供電，還需要控制如此大的功率并保證系統(tǒng)冷卻。隨著我們轉(zhuǎn)向速度更快的以太網(wǎng)，這些都是業(yè)界面對的主要問題。

高速以太網(wǎng)要想真正給用戶帶來實際的科技效益，必須將傳送網(wǎng)業(yè)務(wù)承載到傳送網(wǎng)上，而不能僅僅用在大型數(shù)據(jù)中心或者小范圍局域網(wǎng)內(nèi)。所以除了調(diào)制技術(shù)之外，高速以太網(wǎng)如何在光傳送網(wǎng)上傳輸以及操作維護管理(OAM)等特性也是決定其成敗的關(guān)鍵技術(shù)。ITU-T SG15 Q11濟州島中間會議已經(jīng)達成了40G/100G以太網(wǎng)接口的OTU映射定義：G.709中給出40GE映射到OPU3，使用1024B/1027B傳輸編碼；100GE映射到ODU4/OTU4，比特率為111.809973Gbit/s(=255/227×2.488320Gbit/s×40)。標準的成熟預(yù)計要到2011/2012年左右。對100Gbit/s以太網(wǎng)等高速業(yè)務(wù)而言，虛級聯(lián)技術(shù)可以實現(xiàn)適配，但是要提高光纖的利用率，虛級聯(lián)并不是高效的技術(shù)，而只能提高每個波長的比特率。

 采用串行100G的密集波分復(fù)用(DWDM)傳輸技術(shù)，將10×10GE/4×25GE的100GE業(yè)務(wù)通過ODU4適配到111.809973Gbit/s的OTU4中。由于單波100G速率非常高，對于各種物理損傷容限，如光信噪比(OSNR)、偏振膜色散(PMD)等提出了更高要求，需要使用特殊技術(shù)來降低傳輸光纖線路上傳輸光信號的波特率來提升損傷容限。例如，采用高階的編碼調(diào)制技術(shù)如正交相移鍵控(QPSK)、8相移相鍵控(8PSK)、正交幅度調(diào)制(QAM)、正交頻分復(fù)用(OFDM)等，并結(jié)合偏振復(fù)用解復(fù)用技術(shù)。由于單波傳輸100GE對偏振膜色散(PMD)、色度色散(CD)有更嚴格的要求，因此，未來在接收端可能采用相干接收/電處理的方式，來提升對物理損傷的容限，包括非線性效應(yīng)抑制、PMD、CD補償?shù)龋瑥亩箚尾?/SPAN>100GE能夠在10G/40G網(wǎng)絡(luò)中混合傳送、平滑升級。

從長期來看，100GE DWDM傳輸將采用偏振復(fù)用、高階編碼調(diào)制、相干接收/電處理、超強FEC等技術(shù)的組合解決方案，從而可以平滑的將40G光網(wǎng)絡(luò)升級到100G系統(tǒng)。由于100G傳輸需要高速光電器件的支撐，預(yù)計2012年，這些高速光電器件將會趨于成熟。

對應(yīng)于以上介紹的關(guān)鍵技術(shù)，100Gbit/s以太網(wǎng)不單單是解決接口構(gòu)建的技術(shù)，更需要同步提升系統(tǒng)的處理能力，對應(yīng)大容量的交換系統(tǒng)，高帶寬的流管理和包處理能力，才能提供線速的處理和轉(zhuǎn)發(fā)，提供電信級的特色功能。類似中興通訊新開發(fā)的ZXCME 9500城域以太系列硬件平臺目前就可以支持到100Gbit/s接口帶寬，還保留有足夠的冗余和加速比，可以支持單個100Gbit/s接口真正的線速轉(zhuǎn)發(fā)，不需要更換交換網(wǎng)，系統(tǒng)散熱也完全支持，只需要增加新線卡就可以。系統(tǒng)升級后，可以支持到單線卡雙向400Gbit/s以上的帶寬。與此同時，解決了單機系統(tǒng)的問題100G以太網(wǎng)接口的應(yīng)用還受制于傳輸網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)提升，100GE走向商用還有待時日。 

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