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发布日期: 2011年3月8日

100G 网络:演进和挑战

100G 网络:演进和挑战

3/15/2011

作者:传输和数据通信业务部门产品线经理 Mai Abou-Shaban 和产品专员 Jean-Marie Vilain

数字媒体、个人计算和全球联网正在使电信行业发生彻底转变。重要的趋势是朝固定 IP/移动网络融合发展以提供语音、视频和数据应用,并且以 IP(和以太网)作为由视频、游戏、协作和云计算应用的指数增长驱动的通用平台。此趋势为建立在 10G 波长基础上的骨干传输网带来了巨大压力,并推动了将其升级至 40G 和 100G 的需求。

IEEE 802.3ba 标准定义了既能支持 40G 又能支持 100G 以太网的架构,同时制定了用于跨背板、铜缆、多模光纤和单模光纤通信的物理层规格。新的 40G/100G 以太网架构基于虚拟通道或物理编码子层 (PCS) 通道概念,这些通道可以在单条光纤的 4 个或 10 个平行波长上复用和传输。例如,100GBASE-LR4 在光纤上有四个 25G 的光学波长,它们来自主机端的 10 个 10 Gbit/s CAUI 电信号。

在传输 40G/100G 以太网信号(如图 1 所示)的过程中,以太网数据包分成数据块,随后使用循环分布将其映射到 PCS 通道中。为了确保在接收端,整个数据块能够完整重组和管理数据块之间的偏差,在每个逻辑通道上添加了标记块。此标记以 210 μs 的固定周期发送。然后使用位于 CFP 光接口中的物理介质附加子层 (PMA) 将 20 个 PCS 逻辑通道复用为 10 个 10 Gbit/s 通道(也称为 CAUI 通道)。PCS 通道的独特特性是,无论它们怎样复用在一起,来自相同 PCS 通道的所有比特均采用相同的物理路径;这使得接收器可以正确地重新组成组合通道。同时,唯一的通道标记保证了接收器的无偏差操作。

40G/100G 以太网的实施在电学层和光学层引入了新的挑战,这些挑战是由于多通道上的数据分布结合了偏差效应所致。这就触发了一种新的需求:通过测试各个概念(如 PCS 通道、PCS 偏差和定位标记)以确保被测 40G/100G 以太网设备 (DUT) 支持正确的重组功能,从而补偿链路物理特性。通过在不同通道上插入多个偏差 UI,工程师可以确定接收器缓冲区问题,这在检验 100G 系统的偏差容限时至关重要。

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图 1. 使用 100GBase-LR4 CFP 进行 100G 以太网传输

由于许多部署的 100G 以太网最初主要是为了满足带宽需求,因此光传输网 (OTN) 在传输应用中得到了普遍采用。ITU-T G.709 中新规定的 OTU4 (112 Gbit/s) 速率满足了在 OTN 上承载 100G 以太网服务的需求。总体而言,这在 OTN 的基本优势以外还带来了新的优点,如支持操作、管理和维护 (OA&M) 过程,以及提供标准化前向纠错 (FEC) 机制以提高网络性能和部署的经济效益。

与 IEEE P802.3ba 定义的内容相似,ITU T SG 15 定义了光通道传输单元 (OTU) 顶部的一个新层,该协议被称为光通道传输通道 (OTL) 协议。OTL 层被定义为:OTL x.y(其中“x”为数据速率,“y”为光通道数)。例如,OTL 4.4 表示在四个 28G 波长上运行的 OTU4 信号。OTL 引入了 OTL 通道、OTL 偏差和 OTL 定位标记等元素,这些元素在概念上分别与 IEEE P802.3ba 中描述的 PCS 通道、PCS 偏差和 PCS 定位标记相似。与以太网的情况一样,OTL 层使用逻辑通道标记来重新定位所有已发送数据块,这种情况下的主要不同之处是标记嵌入到帧定位信号 (FAS) 和 OTN 帧的复帧定位信号 (MFAS) 字节中。因此,在验证支持 OTN 功能的 100G 设备时,除了测试所有其他 OTN 层(包括 OTU4、ODU4、OPU4 和 FEC)之外,还必须测试 OTL 层的偏差,以保证 100G 以太网客户端信号的正确映射和去映射以及故障管理报告,这一点至关重要。

一个关键步骤是利用伪随机比特序列图案 (PRBS) 测试信号的线路速率,从而鉴定 OTN 物理层的性能。这项测试对于设计师和系统工程师开发 100G 线卡极为重要。一项重要测试是将复杂 PRBS 图案插入到每个物理通道,然后分析接收器端的误码率 (BER)。通过向每个通道插入不同图案,可以全面了解通道之间的串扰及最大密度的图案,因此可对其进行配置以验证接收器对非平衡比特密度的 PLL 响应。

EXFO 的 FTB-85100G Packet Blazer 100G/40G 以太网测试模块提供了大量 40G/100G 测试功能,从具有设计用于鉴定 CFP 的信号调节接口的物理层,到以 40G/100G 线路速率进行 IP 测试和将以太网映射到 OTN 等不一而足。对于网络设备制造商 (NEM) 而言,这些测试在开发、设计和验证阶段十分重要,并且当服务提供商在选择要部署的 100G 系统时必将影响其决定。100G 设备的稳定性和可靠性对于获得商业成功和加速采用而言非常关键。解决办法在于严格测试 100G 以太网和 OTU4,从而简化部署、加快其速度并增强运营信心。