40 Gigabit Ethernet y 100 ETHERNET GIGABIT :

EL DESARROLLO DE UNA ARQUITECTURA FLEXIBLE

JUAN D' AMBROSIA

Introducción

En diciembre de 2007 la Asociación de Estándares IEEE aprobó la formación de la Fuerza de Tarea P802.3ba IEEE , que fue fletado con el desarrollo de 40 Gb Ethernet y 100 Gb Ethernet. La decisión de hacer los dos tipos de red Ether ¬ fue escudriñado por la industria en el momento , pero al final la velocidad Grupo Superior Estudio proporcionó un foro vital para los grupos de interés en la próxima generación de Ethernet para debatir este mismo asunto . El hecho de que este debate se produjo en realidad es en sí mismo un testimonio del éxito de Ethernet. Aplicaciones de red , cuyos requisitos de ancho de banda se duplica aproximadamente cada 18 meses , tienen una mayor demanda de ancho de banda que las aplicaciones de computación , donde las capacidades de ancho de banda para servidores están duplicando cada 24 meses. El impacto de esta diferencia en el crecimiento de ancho de banda se ilustra en la figura . 1 . Se desprende de estas líneas de tendencia que si Ethernet es proporcionar una solución tanto para la informática y en el espacio de aplicaciones de red , tiene que evolucionar más allá de su propia tradición de lOx saltos en las tasas de operación con cada generación sucesiva .

La decisión de hacer dos tipos no fue tomada a la ligera por los participantes ¬ par en la velocidad Grupo Superior de Estudio. En retrospectiva , este autor , que estaba en el meollo de este debate , se siente que la decisión de hacer las dos cosas 40 Gb y 100 Gb Ethernet fue la decisión correcta para Ethernet. Al final, fue el propio proceso de desarrollo de estándares IEEE que resultó ser la clave para resolver esta difícil decisión .

Soporte de dos tipos diferentes de datos, así como las diferentes especificaciones de la capa física seleccionados para este proyecto presentó el grupo de trabajo a un dilema. El equipo de trabajo necesario para desarrollar una arquitectura que podría apoyar tanto las tasas de forma simultánea y las diversas especificaciones de la capa física que se están desarrollando hoy en día, así como lo que se podría desarrollar en el futuro . Esta columna será proporcionar al lector una idea de la arquitectura IEEE P802.3ba , y destacar su flexibilidad y escalabilidad inherente.

Las especificaciones de la capa física

Estrechamente estudio de los diferentes espacios de la aplicación en la que se utilizaron 40 Gb y 100 Gb Ethernet llevaron a la identificación de la capa física ( PHY ) Especificaciones siendo atacados por el grupo de trabajo . Para el cálculo de las aplicaciones , el cobre y la capa física óptica se están desarrollando soluciones para distancias de hasta 100 m para una amplia gama de factores de forma que incluyen servidor blade, rack y configuraciones de pedestal . Para aplicaciones de agregación de red , cobre y soluciones ópticas se están desarrollando para apoyar a las distancias y los tipos apropiados para la creación de redes de centros de datos de medios de comunicación , así como proveedor de servicios intraoffice y conexión entre oficinas .

El Cuadro 1 presenta un resumen de las diferentes especificaciones de PHY que fueron dirigidos en última instancia por el grupo de trabajo con sus respectivos nombres de tipo de puerto. A continuación se muestra una descripción de cada uno de los diferentes dependientes medio físico ( PMD ) :

• 40GBASE - KR4 : Este PMD admita la transmisión de plano posterior más de cuatro canales en cada dirección de 40 Gb / s . Se aprovecha la arquitectura 10GBASE -KR , requisitos de canal ya desarrollados , y PMD .

• 40GBASE - CR4 y CR10 - 100GBASE : El 40GBASE - CR4 PMD admite la transmisión a 40 Gb / s en cuatro pares diferenciales en cada dirección a través de una doble axial conjunto de cables de cobre. El 100GBASE - CR10 PMD admite la transmisión a 100 Gb / s en 10 pares diferenciales en cada dirección en un conjunto de cables de cobre axial gemelo. Ambos PMD aprovechan la arquitectura 10GBASE -KR , requisitos de canal ya desarrollados , y PMD .

• 40GBASE -SR4 y 100GBASE -SR10 : El PMD se basa en la tecnología de 850 nm y soporta la transmisión a través de al menos 100 m OM3 gigabit por segundo en paralelo . La tasa de entrada en vigencia por carril es de 10 Gb / s . Por lo tanto , la 40GBASE - SR4 PMD soporta la transmisión de 40 Gb Ethernet a través de un gigabit por segundo medio paralelo que consta de cuatro fibras OM3 paralelas en cada dirección , mientras que el 100GBASE - SR10 PMD apoyar la transmisión de 100 Gb Ethernet a través de un gigabit por segundo paralelo medio constituido por 10 fibras OM3 paralelas en cada dirección .

• 40GBASE - LR4 : Este PMD se basa en 1.310 nm de longitud de onda gruesa de multiplexión por división de tecnología ( CWDM ) y es compatible con transmisión a través de al menos 10 km sobre fibra monomodo (SMF ) . La rejilla se basa en la especificación UIT G.694.2 , y las longitudes de onda utilizadas son 1270 , 1290 , 1310 , y 1330 nm . La tasa efectiva de datos por lambda es de 10 Gb / s , lo que ayudará a maximizar la reutilización de los existentes 10G PMD ¬ gía tecnología . Por lo tanto , la 40GBASE - LR4 PMD soporta la transmisión de 40 Gb Ethernet a través de cuatro longitudes de onda de cada SMF en cada dirección .

• 100GBASE - LR4 : Este PMD se basa en 1.310 nm (DWDM ) WDM densa y soporta la transmisión de al menos 10 km en un solo modo de un gigabit por segundo . La rejilla se basa en la especificación UIT G.694.1 , y las longitudes de onda utilizadas son 1295 , 1300 , 1305 , y 1310 nm . La tasa efectiva de datos por lambda es de 25 Gb / s . Por lo tanto , la 100GBASE - LR4 PMD soporta la transmisión de 100 Gb Ethernet a través de cuatro longitudes de onda de cada SMF en cada dirección .

• 100GBASE - ER4 : Este PMD está basado en tecnología DWDM 1310 nm y soporta la transmisión a través de al menos 40 km en un solo modo de un gigabit por segundo . La rejilla se basa en la especificación UIT G.694.1 , y las longitudes de onda utilizadas son 1295 , 1300 , 1305 , y 1310 nm . La tasa efectiva de datos por lambda es de 25 Gb / s . Por lo tanto , la 100GBASE - LR4 PMD soporta la transmisión de 100 Gb Ethernet a través de cuatro longitudes de onda de cada SMF en cada dirección . Para alcanzar los 40 kilometros alcances pidieron , se prevé que las implementaciones pueden necesitar incluir tecnología de amplificador óptico de semiconductor (SOA ) .

La Arquitectura

Durante el proceso de selección de propuestas para las diferentes especificaciones de PHY , se hizo evidente que el grupo de trabajo tendría que desarrollar una arquitectura que sería a la vez flexible y escalable para soportar simultáneamente 40 Gb y 100 Gb Ethernet . Estos aspectos arquitectónicos serían necesarias con el fin de hacer frente a las especificaciones PHY siendo desarrolladas por el Grupo de Trabajo P802.3ba IEEE , así como las que puedan ser desarrollados por grupos de trabajo en el futuro.

La figura 2 ilustra la arquitectura general IEEE P802.3ba que soporta 40 Gb y 100 Gb Ethernet. Mientras que todos los PHY tienen una codificación física ( PCS ) subcapa , el apego medio físico (PMA ) subcapa y medio físico dependiente ( PMD ) subcapa , sólo el cable de cobre ( CR ) y el panel posterior ( - KR) PHY tener un auto- negociación (AN ) de la capa sub ¬ y una corrección de errores en recepción opcional ( FEC ) infraaponeurótica ¬ er .

Por 40 Gb Ethernet los respectivos PCS y PMA infraaponeurótica res ¬ necesitan apoyar PMD están siendo desarrollados por el Grupo de Trabajo IEEE P802.3ba que operan eléctricamente a través de cuatro pares diferencial ¬ dif en cada dirección , u ópticamente a través de fibras de cuatro opti ¬ cas o cuatro longitudes de onda en cada dirección . Se dio cuenta , sin embargo, que en el futuro, la arquitectura IEEE P802.3ba podría tener que soportar otros 40 PMD Gb que podrían operar ya sea a través de dos carriles o de un solo carril de serie. Asimismo, para 100 Gb Ethernet los respectivos PCS y subcapas PMA necesitan apoyar PMD están siendo desarrollados por el Grupo de Trabajo IEEE P802.3ba que operan eléctricamente a través de 10 pares diferenciales en cada dirección , o fibras cal ópticamente a través de 10 opti ¬ o cuatro longitudes de onda ópticas en cada dirección . También se dio cuenta de que en el futuro puede ser que necesite el IEEE P802.3ba ¬ tura arquitectura para soportar otros 100 Gb PMD que podrían potencialmente operar a través de cinco carriles , dos carriles, o de un solo carril de serie.

El grupo de trabajo ha aprovechado la relación entre las respectivas sub-capas para desarrollar los archi flexibles y escalables ¬ tura que necesitaba para 40 Gb y 100 Gb Ethernet, así como para las futuras tasas de Ethernet.

Las parejas PCS subcapa los respectivos medios de comunicación independiente ¬ interfaz ( Mil) a la subcapa PMA . Por 40 Gb Ether net ¬ , el Mil se llama XLGMII , y para 100 Gb Ethernet, el Mil se llama CGMII . La subcapa PMA interconecta los PCS a la subcapa PMD . Por lo tanto , la funcionalidad incrustado en el PCS y PMA representa un proceso de dos etapas que acopla el respectivo MIL a los diferentes PMD que fueron previstos para 40 Gb y 100 Gb Ethernet .

Además , este esquema puede hacerse a escala en el futuro para apoyar los próximos índices más altos de Ethernet. Como se ha señalado más arriba , las parejas la subcapa PCS respectivo Mil a la subcapa PMA . La corriente total que viene de de 10 Gb Ethernet. El uso de un esquema de distribución de todos contra todos , los bloques de 66 bits se distribuyen a través de múltiples carriles , conocido como PCS carriles, cada uno con un marcador de carril único insertado periódicamente. Esto se ilustra en la figura . 3 .

La subcapa de PMA , que es la subcapa de intermediario entre el PCS y el PMD , proporciona la función de multiplexación responsable de convertir el número de carriles PCS para el número apropiado de carriles o canales necesarios por la PMD . Hay cuatro carriles PCS para 40 Gb Ethernet y 20 piezas de carriles para 100 Gb Ethernet. El número de PCS carriles para cada tasa se determina considerando el número de carriles que pueden ser empleados por los diferentes PMD por un precio determinado y luego calcular el mínimo común múltiplo de esas implementaciones.

Es posible tener varias instancias de una subcapa PMA en una configuración dada. Esto es particularmente cierto para 100 Gb Ethernet . La entrada de la subcapa PMA esencialmente multicines / dcmultiplexes los carriles de entrada a ese número de PCS carriles para la velocidad dada , mientras que la etapa de salida , posteriormente, convierte las calles de PCS para el número apropiado de carriles necesarios . Por lo tanto , los cuatro carriles de PCS para 40 Gb Ethernet apoyarán PMD que emplean a uno , dos o cuatro canales o longitudes de onda en cada dirección. Las 20 piezas de carriles para 100 Gb Ethernet apoyarán PMD que emplean a 1 , 2, 4 , 5, 10 , y 20 canales o longitudes de onda en cada dirección ..

En este esquema de multiplexación , independientemente de la forma en que los carriles PCS consiguen multiplexados juntos, todos los bits de la misma PCS carril seguirán la misma ruta física . Por lo tanto , la subcapa PMA se demultiplexar los carriles de vuelta a los carriles PCS originales, y en ese momento la subcapa PCS puede entonces realizar una operación de enderezamiento para realinear los carriles de PCS, el cual es asistido por los marcadores de carril único insertadas periódicamente en cada carril PCS . Los carriles de PCS pueden ser puestos de nuevo en su orden original , y en ese momento la corriente agregada original puede ser reconstruido .

La subcapa de PMA también juega un papel crítico en la flexibilidad de la arquitectura , como existirá una subcapa de PMA en ambos lados de la respectiva interfaz de unidad de conexión (AUI) , que es una interfaz física opcional . Por 40 Gbt Ethernet, la AUI se llama XLAUI (XL es el número romano para 40 )

Por 100 Gb Ethernet, la AUI se llama CAUI (C es el número romano para 100 ) . Estas interfaces se utilizan para el fraccionamiento del diseño del sistema , y para aplicaciones de viruta a viruta y de viruta a módulo. Cada carril funciona a una velocidad efectiva de datos de 10 Gb / s . Para un entrelazado XLAUI , hay cuatro pares de transmisión y de recepción de cuatro pares . Para una interfaz de CAUI , hay 10 pares de transmisión y 10 reciben pares

Consideremos el ejemplo de implementación de 100GBASE - LR4 se ilustra en la figura . 4 . Por 100 Gb Ethernet, 20 PCS carriles se crean que sale de los PCS . Los superiores de PMA multicines subcapa las 20 piezas de carriles en los 10 carriles físicas del CAUI . El PMA debajo del CAUI entonces multiplexa los 10 carriles de la CAUI en cuatro carriles que luego impulsan las cuatro longitudes de onda asociadas con la PHY 100GBASE - LR4 .

En cuanto a la figura . 4 , es fácil de imaginar una aplicación donde una interfaz CAUI deja un chip de acogida y va a un módulo de 100GBASE - LR4 que tiene una interfaz de CAUI , que luego se multiplexa en cuatro lambdas , cada uno con una velocidad efectiva de datos de 25 Gb / s , y llevado a través de 10 kilómetros de SMF.

conclusión

El Grupo de Trabajo P802.3ba IEEE ha desarrollado con éxito una arquitectura que será capaz de soportar simultáneamente tanto 40 Gb y 100 Gb Ethernet, así como la multitud de las especificaciones de la capa física seleccionados para este proyecto. En el momento de escribir estas líneas, el grupo de trabajo está preparando una solicitud para ir a la Boleta Grupo de Trabajo,

la siguiente etapa en el desarrollo de 40 Gb y 100 Gb Ethernet. El calendario adoptado para el proyecto se muestra en la figura. 5.

Independientemente de cualquier debate principios con respecto a la selección de los dos tipos de datos, este proyecto ha progresado de manera oportuna y se mantiene en el camino para la aprobación de normas en junio de 2010. Además, la arquitectura de este grupo de trabajo ha adoptado permitirá Ethernet para escalar a velocidades aún mayores en el futuro, lo que debería interesar a los partidos ya está empezando a llamar para Terabit Ethernet.