новости
статьи
.технологии

интерфейсы 10 Gigabit

Деятельность по разработке стандарта 10 GE началась в 1999 году, но датой рождения 10-ти гигабитного Ethernet можно считать 13 июня 2002 г., именно тогда IEEE одобрил окончательную версию проекта стандарта 802.3ae. Первая экспериментальная сеть на его основе была построена в 2002 году в Лас Вегасе (США). Цена за порт в то время составляла около $100 тыс.

Технология 10 Gigabit Ethernet мало отличается от первоначального варианта Роберта Меткалфа почти чертветьвековой давности. Используется прежний формат заголовка, 8-байтовая преамбула, минимальный размер кадра в 64 байта... Самым большим изменением можно считать свершившийся наконец де- юре полный отказ от протокола CSMA/CD. Тогда подразумевалось, что 10 Gig будет работать только по оптоволокну, а значит неизбежно в дуплексном режиме, а от использования концентраторов (хабов) полностью отказались еще в гигабитных сетях.

Строение физического интерфейса вполне типично, он состоит из трех уровней: PCS (Physical Coding Sublayer), отвечающий за управление передаваемыми битовыми последовательностями, PMA (Physical Medium Attachment) - преобразование группы кодов в последовательный поток бит и обратно, плюс синхронизация, и PMD (Physical Media Dependent), преобразующий биты в оптические сигналы. Традиционно, они выполнены логически независимыми друг от друга частями.

Со стандартами физических интерфейсов (PHY) история получилась не слишком простая.

Сначала на каждую из длин волн был предложен свой PMD - 10GBASE-S для 850нм (от short), 10GBASE-L для 1310нм (long) и 10GBASE-E для 1550нм (extra long). Это весьма похоже на уже привычные гигабитные интерфейсы как по смыслу, так и по буквенным сокращениям.

Но затем началось расширение стандартизации, потому что в то время IEEE "болел" переходом от локальных (LAN) и распределенных (WAN) сетей. Более того, момент получился удачный - пропускная способность SONET/SDH канала ОС-192 очень близка к 10 Гбит/сек. Были предложены отдельные LAN PHY ("R") и WAN PHY ("W"), что в сочетании с тремя основными интерфейсами дало многообразие из шести вариантов.

- 10GBASE-SR (10GBASE-SW);

- 10GBASE-LR (10GBASE-LW);

- 10GBASE-ER (10GBASE-EW).

Технически WAN-расширение выглядело как добавление специального WAN Interface Sublayer (WIS) между уровнями PCS и PMA. В результате при одном и том же MAC-уровне на передачу "в лазер" могли идти как кадры Ethernet (10,3125 гигабит, 16*644 Mb/s), так и SONET/SDH (9,95 гигабит, 16*622 Mb/s).

Важно отметить, что предлагался единый интерфейс именно на MAC-уровне, формат XGMII. Различие Ethernet/SDH уже было заложено аппаратно в сам оптический интерфейс. Практика показала, что это было не слишком удобное решение (и оно было позже исправлено а формате XFP), но об этом ниже. Стремление подружить WAN и LAN версии окончилось не слишком успешно. Оптические спецификации (синхронизация, задержки, и т.п.) остались различными. Несмотря на то, что Ethernet успешно упаковывается в полезную нагрузку фрейма SONET/SDH, соединение с L3 интерфейсами, основанными на стеке протоколов PPP/HDLC невозможно. Так что WAN-версия 10G используется в основном для соединения с ОС-192, например транспондером DWDM. На этом сложности стандартизации оптических интерфейсов 10G не закончились. Выяснилось, что для мультимодового кабеля характерно сильное рассеивающее действие на лазерное излучение со стороны неоднородностей, сконцентрированных на оси сердцевины многомодового волокна. Как следствие - большая дифференциальная модовая задержка DMD, сокращающая дальность работы линий на старом волокне с сердцевиной 65,5 нм буквально до 20-30 метров.

"Новое" 50-ти нанометровое волокно ситуацию улучшало, но даже до 100 метров дотянуть параметры не удавалось. Было разработано специальное мультимодовое волокно (TIA-492AAAC) с улучшенным DMD, на нем линия удлинялась до 300 метров.

Поэтому был разработан специальный тип 10GBASE-LX4, который работал на одном физическом канале как 4 параллельные линии на скорости 3,125 Гб/с, 1310 нм с технологией спектрального уплотнения WWDM. Это позволило работать на 300 метров при использовании обычного мультимодового волокна, и до 10 км на одномодовом. Но достигнуто это было путем существенного удорожания приемопередатчиков.

Важно отметить, что этот стандарт не имеет своего WAN-аналога, так как для сетей Sonet/SDH мультимодовый кабель давно не применяется. Более того, мультимод в настоящее время практически вышел из употребления и в Ethernet-сетях, поэтому стандарт 10GBASE-LX4 представляет собой скорее исторический интерес, нежели практический. И в дальнейшем, ниже по тексту, упоминаться не будет совсем.

Следующий стандартизационный рывок был сделан относительно недавно, и похоже, на этом все не прекратится. Помимо IEEE был введен тип XENPAK 10GBASE-ZR с дальностью до 80 км. В тоже время, был практически отвергнут 10GBASE-LRM (работает на 300 метров по мультимоду на одной длине волны за счет электронной компенсации дисперсии, EDC), который ожидался к принятию в 2006 году.

дальность работы

По рабочему расстоянию удобно свести стандарты в таблицу 1.

Таблица 1.


Стандарт LAN Тип волокна Бюджет, Дб Дальность, м Длина волны, нм Тип излучателя Стандарт WAN
10GBASE-SR ММ, сердечник 62нм 26 850нм VCSEL 10GBASE-SW
10GBASE-SRММ, сердечник 50нм 82 850нм VCSEL 10GBASE-SW
10GBASE-SRММ, с улучшенным DMD 300 850нм VCSEL 10GBASE-SW
10GBASE-LX4 MM 300 1310нм 4*DFB неприменим
10GBASE-LX4SM 9,4 10 000 1310нм 4*DFB неприменим
10GBASE-LR SM 9,4 10 000 1310нм DFB 10GBASE-LR
10GBASE-ER SM 15 40 000 1550нм EML 10GBASE-ER
10GBASE-ZR SM 23 80 000 1550нм EML не IEEE
10GBASE-LXM MM 300 1310нм DFB с EDC неприменим


XENPAK

Этот формат стал первым универсальным модулем. Хотя до этого существовали устройства с оптическими интерфейсами, например модуль для Cisco Catalist 6500 WS-x6502-10GE имел возможность использования сменных вставок WS-G6483 (10GBASE-ER) или WS-G6488 (10GBASE-LR). Громоздкая и неудобная конструкция, понятно, почему появилась необходимость в 10-ти гигабитном аналоге модулей GBIC|SFP.

Работа над MSA XENPAK (Multi-Source Agreement, соглашение о спецификациях, которые поставщики заключают для продвижения технологии) было инициировано 12 марта 2001 г. компаниями Agilent Technologies и Agere Systems (бывшая Microelectronics Group Lucent Technologies), и сегодня оно является открытым для любой организации. Декларировалась полная поддержка стандарта IEEE 802.3ae. Официальный сайт проекта XENPAK - xenpak.org, но особой информации на нем нет - сайт предназначен в основном для разработчиков.

Модули XENPAK подключаются через 70-ти контактный интерфейс XAUI (10 Gigabit Attachment Unit Interface), в котором реализуются четыре параллельных канала по 3,125 Гбит/с.

Технические особенности:

- интерфейс XAUI 4*3,125G;

- размер устройства - 126*36*17 мм;

- потребление электроэнергии 8-10 Вт;

- коннектор 70 pin;

- оптический разьем SC;

- используется, к примеру, в Cisco серии 6500, CRS-1;

- не поддерживает скорости, отличные от 10GB.

В настоящее время XENPAK постепенно теряют популярность и вытесняются форматами X2 и XFP. Причиной этого являются большие габариты и существенное тепловыделение.

X2 и XPAK

Модули Х2 сразу позиционировались лишь как косметическое развитие XENPAK. Проект официально стартовал 22 июля 2002 (сайт, весьма похожий на xenpak.org по дизайну - x2msa.org) при поддержке Agere Systems, Agilent Technologies, JDS Uniphase, Mitsubishi Electric, NEC, OpNext, Optillion и Tyco Electronics.

X2 в полтора раза меньше XENPAK, и полностью поддерживает спецификации XENPAK MSA, включая электрические параметры интерфейса ввода/вывода, 70- ти контактный разъем, тепловые режимы и параметры электромагнитной совместимости. Однако, его энергопотребление более чем в два раза меньше (4 Вт против 8-10), что очень важно для многопортовых устройств.

Второе важное отличие - X2 унифицированы с модулями XPAK, которые никогда не использовались в оборудовании Ethernet и применялись в сетевых адаптерах и дисковых массивах. Поэтому X2 получил поддержку скоростей 10G Fiber Cannel, 10,5 Gb/c.

И третье изменение - смена способа крепления, в отличие от Xenpak, который крепится за корпус устройства внешними болтами, X2 крепится за сам разъем, установленный на печатной плате (подобно GBIC и SFP). Это значительно удобнее и проще.



Рис. 1. Внешний вид XPAK.

Технические особенности X2:

- интерфейс XAUI 4*3,125G;

- размер устройства - 100*36*12 мм;

- потребление электроэнергии 4 Вт;

- коннектор 70 pin;

- оптический разьем SC;

- используется, к примеру, в Cisco серии 4500, 3750E;

- поддерживает скорости, отличные от 10GB, - 10G FC 10,5 Gb/c.

XFP

Разработка этих модулей стартовала 4 марта 2002 и явно проходила под влиянием гигабитного стандарта SFP, и, по сути, это было предложение новой, совершенно отличной от XENPAK, концепции миниатюрных модулей. Инициаторами MSA (xfpmsa.org) выступили Broadcom Corporation, Brocade, Emulex Corporation, Finisar, JDS Uniphase, Maxim Integrated Products, ONI Systems, ICS (a Sumitomo Electric company), Tyco Electronics и Velio. Основными достоинствами разработки считаются большой список поддерживаемых скоростей (практически все возможные "около" 10 гигабит), и миниатюрные размеры.

Эти возможности легко понять, рассмотрев схему модулей XFP (рис. 2).



Рис. 2. Схема XFP 10G.

Кодирование битовой последовательности (PCS) вынесено из модуля на основное устройство, и сам XFP является по сути универсальным
последовательным преобразователем, которому все равно, что передавать в линию (что очень похоже на привычные гигабитные SFP).

Внешний вид модуля показан на рис. 3.



Рис. 3. Внешний вид XFP.

Технические особенности:

- интерфейс XFI 1*10G;

- размер устройства - 78*18*10 мм;

- не поддерживает стандарт 10GBASE-LX4;

- потребление электроэнергии - 3,5 Вт;

- коннектор 30 pin;

- оптический разьем LC;

- используется, к примеру, в Cisco серии 12000;

- поддерживает скорости, отличные от 10GB (10.3 Gb/s), - ОС-192/STM-64 9,95 Gb/c, 10G FC 10,5 Gb/c, G.709 10,709 Gb/c.

10GB твинаксиал

Хотя этот вариант 10-ти гигабитного Ethernet не является оптическим, он так же далеко от витой пары, как и от "стекла". Частотные возможности твинаксиального (twin-axial) кабеля близки к оптическому, соответственно, используются похожие технические решения.



Рис. 4. Твинаксиальный кабель.

Разработка 10GBase-CX4 была начата рабочей группой IEEE 802.3ak в 2002 году. Он обеспечивает соединение 10G на расстояние до 15 метров на базе твинаксиальных кабелей. Ориентирован этот вид на внутриузловые соединения.

Разработчики пошли примерно по тому же пути, как в вышеописанном 10GBASE-LX4. А именно, применили четырех дифференциальных передатчика и приемника на каждую линию. В каждом канале скорость 2,5 Гбит/с, тактовая частота 3,125 ГГц и кодированием по стандарту 8B10B (т.е. тому же, что и в LX4). Для этого требуются четыре дифференциальные пары, работающие в каждом направлении, и, соответственно, общее число твинаксиальных каналов в соединительном кабеле равно восьми.



Рис. 5. Модуль XFP 10GBase-cx4.

Сейчас 10GBase-cx4 практически не применяется на практике. Причина - оптические варианты 10G быстро стали дешевле и проще твинаксиальных (которые первоначально позиционировались как "экономичный" вариант). Более того, твинаксиальные кабельные сборки (infiband 4х) сами по себе весьма неудобны, не дешевы ($200-500) и не могут быть изготовлены в "полевых" условиях (в отличии от оптоволоконных патчкордов).



Из веб-энциклопедии wiki.nag.ru
обсудить статью
© сетевые решения
.
.