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100G以太網(wǎng)： 高速傳輸領(lǐng)域的新寵

光纖在線編輯部  2008-05-19 09:34:03  文章來源：本站消息  版權(quán)所有,未經(jīng)許可嚴(yán)禁轉(zhuǎn)載.

導(dǎo)讀：

作者：Sichuan0512
    日本KDDI實(shí)驗(yàn)室公布了其成功完成100G以太網(wǎng)1000公里的無糾錯(cuò)傳輸試驗(yàn)，阿朗也在北京智能光網(wǎng)絡(luò)論壇上介紹了其100G以太網(wǎng)的主要技術(shù)。100G以太網(wǎng)在運(yùn)營商、設(shè)備商和各實(shí)驗(yàn)室得到廣泛的關(guān)注。

100G以太網(wǎng)—?jiǎng)菰诒匦?/b>
    當(dāng)前所有的IT服務(wù)都是基于分組的，特別是家庭市場，IPTV是一個(gè)快速增長的高帶寬業(yè)務(wù)。各種IPTV可以大致分成三類： (A) 從幾百個(gè)頻道中選擇高質(zhì)量內(nèi)容的視頻流， (B) 從成千上萬個(gè)專業(yè)生產(chǎn)的、存儲(chǔ)的電影和節(jié)目中點(diǎn)播的視頻，(C) Web 2.0和社交網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)中產(chǎn)生的大量內(nèi)容。 A類視頻的傳輸需要利用組播技術(shù)， B和C則需要單播。每一類的IPTV都需要在網(wǎng)絡(luò)的局部部署40或者100Gb/s。 但是隨著VoD業(yè)務(wù)的快速增長和C類業(yè)務(wù)視頻質(zhì)量的提升，B和C類IPTV 將同質(zhì)化而且占據(jù)主流， IPTV業(yè)務(wù)將從傳統(tǒng)的封閉式向基于Web的開放模式轉(zhuǎn)變。
    所以業(yè)界正在將居民用戶的帶寬從1-6Mb/s 提升到 25-30Mb/s或者100Mb/s(FTTH)， 這一轉(zhuǎn)變同時(shí)要求匯聚層面1到2個(gè)數(shù)量級(jí)的擴(kuò)容。 當(dāng)下， ISP 骨干網(wǎng)的的連接以10Gb/s為主， 所以100Gb/s就不會(huì)太遠(yuǎn)。    
    此外，100Gb/s 以太網(wǎng)必然會(huì)建設(shè)還有以下原因：
1、 不斷增加的業(yè)務(wù)都是基于IP的，就像現(xiàn)在ALL IP所描述的；  
2、 幾乎所有的IP分組從源發(fā)送到宿的全過程都是封裝在以太網(wǎng)幀中； 3、TDM over Ethernet的技術(shù)已經(jīng)成熟，傳統(tǒng)語音的兼容已經(jīng)不是問題；
4、以太網(wǎng)封裝比SONET/SDH 封裝更簡單而且成本更低。
 
    對(duì)所有居民和企業(yè)IT 用戶來說， web應(yīng)用提供商提供了大量令人興奮的業(yè)務(wù)(Google, Yahoo等)， 這些基于Web的應(yīng)用包括許多生產(chǎn)協(xié)作服務(wù)比如地圖和導(dǎo)航， 拍賣， 零售，股市跟蹤，游戲，共享日歷， 照片分享，編輯等等。 這些業(yè)務(wù)在客戶端并不需要太多的帶寬，但在服務(wù)器中心匯聚的通信負(fù)載已經(jīng)超過了10Gb/s。 而且用戶數(shù)不斷增長， 所以服務(wù)器簇內(nèi)部以及網(wǎng)絡(luò)出口鏈路如果大于10Gb/s將會(huì)更加高效。
    當(dāng)然，除了這些web應(yīng)用，傳統(tǒng)以太網(wǎng)接入也是IT用戶的關(guān)鍵業(yè)務(wù)。 當(dāng)因特網(wǎng)用戶和他們的平均計(jì)算能力和I/O帶寬與日俱增， 對(duì)網(wǎng)絡(luò)而言，其結(jié)果就是核心IP路由器和網(wǎng)絡(luò)的流量負(fù)載變得非常大。這些核心路由器采用最快的端口速率時(shí)，將具有更高的性價(jià)比。 因?yàn)槁酚善鞯脑硎窃诿總�(gè)接口進(jìn)行路由處理， 而不是集中處理， 因此接口越少， 效率越高。 雖然每個(gè)端口的成本上升，但是每Gb/s的成本卻下降了很多。
     此外， 企業(yè)用戶也有自己的業(yè)務(wù)需求， 比如為了保證企業(yè)通信和交易安全，VPN業(yè)務(wù)往往是一個(gè)較好的選擇， 根據(jù)企業(yè)自身的大小和客戶的多寡， 企業(yè)的通信可能采用以太網(wǎng)VPN或者以太網(wǎng)專線來承載。 客戶端的帶寬為10Mb/s 到 1Gb/s， 到了運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)側(cè)就需要超過10Gb/s 的以太網(wǎng)。
    2006年AT&T就已經(jīng)開始部署40Gb/s(OC-768)的路由器，幾年后100G以太網(wǎng)將會(huì)有很大需求，除了核心路由器， AT&T的邊緣路由器的容量也在不斷增長， 不遠(yuǎn)將來40Gb/s 也會(huì)部署。而且隨著高速SONET/SDH板卡需求量的下降， 高速以太網(wǎng)需求的增長， 以太網(wǎng)接口的價(jià)格優(yōu)勢將會(huì)更加明顯。 

100G以太網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)
    以太網(wǎng)協(xié)議是提高網(wǎng)絡(luò)性價(jià)比的最大動(dòng)力所在, 它的特點(diǎn)是簡單、靈活、互操作性強(qiáng)和低成本。而以太網(wǎng)主要應(yīng)用在傳統(tǒng)局域網(wǎng)（ LAN ），隨著技術(shù)的持續(xù)發(fā)展, 在城域網(wǎng)也有大量的應(yīng)用。但是100G以太網(wǎng)的真正商用還需要克服幾大關(guān)鍵技術(shù)，比如100G以太網(wǎng)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)、可擴(kuò)展問題和運(yùn)營級(jí)特性。 這也是最近研究和標(biāo)準(zhǔn)化努力的目標(biāo)。
2007年7月, IEEE802.3通過決議成立新的項(xiàng)目組來發(fā)展高速以太網(wǎng)使其速率達(dá)到40Gb/s和100Gb/s。該項(xiàng)目的目標(biāo)是：
僅支持全雙工操作
保留802.3,即保留采用802.3MAC的以太網(wǎng)幀格式
支持MAC信令子層業(yè)務(wù)接口的比特錯(cuò)誤率不大于10-12
提供對(duì)OTN的支持
支持40Gb/s的MAC數(shù)據(jù)速率
提供物理層規(guī)范能夠使40Gb/s運(yùn)行在以下條件：
在ISO/IEC 多模光纖OM3上至少傳輸100m
在銅纜線上至少10m
在背板上至少1m
支持100Gb/s的MAC數(shù)據(jù)速率
提供物理層規(guī)范能夠使100Gb/s運(yùn)行在以下條件：
在單模光纖(SMF)上至少40km
在單模光纖(SMF)至少10km
在OM3 多模光纖上至少100m
在銅纜上至少10m

    在各種先進(jìn)的調(diào)制格式中， NRZ調(diào)制因?yàn)楹唵魏统杀镜土淮罅繎?yīng)用于陸地傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，但是當(dāng)速率超過10Gb/s，非線性和偏振模色散導(dǎo)致信號(hào)嚴(yán)重的損傷，很多實(shí)驗(yàn)室研究了RZ， Duo-binary， PSK， QPSK等調(diào)制方式。 OFDM 對(duì)光纖色散和偏振模色散（PMD）有很強(qiáng)的健壯性已經(jīng)使其成為100G以太網(wǎng)系統(tǒng)的主流調(diào)制技術(shù)。OFDM通過許多平行正交子載波來傳輸數(shù)據(jù)，并在頻域?qū)崿F(xiàn)信道均衡，這相對(duì)傳統(tǒng)在時(shí)域?qū)崿F(xiàn)信道均衡大大簡化。此外 OFDM使用高階調(diào)制自適應(yīng)動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)速率而具有高頻譜資源利用率的優(yōu)點(diǎn)。 OFDM在無線領(lǐng)域的研究已經(jīng)很成熟，并已納入許多通訊標(biāo)準(zhǔn)，如IEEE 802.11 a/g。
    近日， 日本KDDI實(shí)驗(yàn)室宣布完成無信號(hào)糾錯(cuò)的100Gb/s以太網(wǎng)1000公里的傳輸試驗(yàn)，這并不是最早的， 早些時(shí)候, 澳大利亞墨爾本大學(xué)在OE(Optical Express)上發(fā)表了他們基于OFDM的107G SSMF系統(tǒng)。 但毋庸置疑， 要實(shí)現(xiàn)長距離無糾錯(cuò)的高速傳輸， OFDM將是最佳的調(diào)制方式。
    高速以太網(wǎng)要想真正給企業(yè)和居民用戶帶來實(shí)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OAM等特性也是決定其成敗的關(guān)鍵技術(shù)。
    目前傳送網(wǎng)領(lǐng)域的主流技術(shù)是SONET/SDH,隨著DWDM的出現(xiàn), ITU-T已經(jīng)將OTN標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化的OTN提供運(yùn)營級(jí)的操作、運(yùn)營和管理（OAM）以及前向糾錯(cuò)（FEC）能力。OTN支持各種不同的客戶信號(hào)，包括完整的波長，或者TDM信號(hào)，也包括以太網(wǎng)在內(nèi)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。OTN目前定義的速率級(jí)別有三個(gè)， 分別為2.5Gb/s、10Gb/s和40Gb/s，對(duì)低于這三個(gè)等級(jí)的低速業(yè)務(wù)，可以通過復(fù)用功能實(shí)現(xiàn)適配。對(duì)100Gb/s 以太網(wǎng)等高速業(yè)務(wù)而言，虛級(jí)聯(lián)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)適配，但是要提高光纖的利用率，虛級(jí)聯(lián)并不是高效的技術(shù)，而只能提高每個(gè)波長的比特率。 因此， ITU-T開始定義適合100G以太網(wǎng)的OTU4/ODU4接口，滿足以下規(guī)范：
在單個(gè)OTN容器內(nèi)，單個(gè)波長上透明傳輸100G以太網(wǎng)
高頻譜利用率地復(fù)用低速ODUs

目前有兩種主流的OTU4備選方案：
112Gb/s左右 OTU4包括FEC。 能夠承載單個(gè)100G以太網(wǎng)或者2個(gè)40Gb/s和兩個(gè)10Gb/s信號(hào)或者10個(gè)10Gb/s信號(hào)。
130G b/s左右 OTU4帶有FEC。 能夠承載單個(gè)100G以太網(wǎng)或者3個(gè)40Gb/s信號(hào)或者12個(gè)10Gb/s信號(hào)。

    雖然ITU-T正在抓緊制定OTU4的標(biāo)準(zhǔn)，但100G以太網(wǎng)究竟以何種方式傳輸， 還要決定于技術(shù)的發(fā)展以及各項(xiàng)技術(shù)相應(yīng)的成本。

商用還需時(shí)日
    雖然100G以太網(wǎng)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中成功部署， 但是100G以太網(wǎng)離商用需要繼續(xù)努力， 首先一點(diǎn)就是成本還需降低， 在107 Gb / s光通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中，電處理部分的帶寬需求大約15GHz。 而在集成電路中最經(jīng)濟(jì)的數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊頻帶為6GHz， 也就是說實(shí)現(xiàn)100Gb/s光系統(tǒng)在電處理部分的成本還有待降低。
    所以就目前的成本和需求來看，100G以太網(wǎng)的商用在城域網(wǎng)先行是比較可行的方案， 因?yàn)樵诔怯蚓W(wǎng)中， 大量的數(shù)據(jù)需要隨時(shí)的上下路，一個(gè)無需各種補(bǔ)償器件的傳輸系統(tǒng)將會(huì)大大簡化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)， 基于OFDM的100G以太網(wǎng)剛好可以滿足這一需求, 同時(shí)高帶寬滿足了城域網(wǎng)每年40%的流量增長�？傊�，100G以太網(wǎng)的發(fā)展需求已經(jīng)很明顯， 成本優(yōu)勢也會(huì)不斷加強(qiáng)， 但是100G以太網(wǎng)從調(diào)制方式到運(yùn)營管理維護(hù)都需要不斷的技術(shù)完善，真正大規(guī)模的商用還需時(shí)日。
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