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Ethernet de 100 Gigabit

Ethernet de 40 Gigabit ( 40GbE ) y Ethernet de 100 Gigabit ( 100GbE ) son grupos de tecnologías de redes informáticas para la transmisión de tramas Ethernet a velocidades de 40 ...

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Ethernet de 40 Gigabit ( 40GbE ) y Ethernet de 100 Gigabit ( 100GbE ) son grupos de tecnologías de redes informáticas para la transmisión de tramas Ethernet a velocidades de 40 y 100 gigabits por segundo (Gbit/s), respectivamente. Estas tecnologías ofrecen velocidades significativamente superiores a las de Ethernet de 10 Gigabit . La tecnología se definió por primera vez mediante el estándar IEEE 802.3ba-2010 [ 1 ] y posteriormente mediante los estándares 802.3bg-2011, 802.3bj-2014 [ 2 ] , 802.3bm-2015 [ 3 ] y 802.3cd-2018. Las primeras especificaciones de Ethernet de terabits posteriores se aprobaron en 2017 [ 4 ].

Las normas definen numerosos tipos de puertos con diferentes interfaces ópticas y eléctricas, y con distinto número de fibras ópticas por puerto. Se admiten distancias cortas (por ejemplo, 7  m) mediante cable biaxial, mientras que las normas para fibra óptica alcanzan hasta 80  km.

Estándares

El grupo de trabajo IEEE 802.3 se encarga del mantenimiento y la ampliación del estándar de comunicaciones de datos Ethernet. Las adiciones al estándar 802.3 [ 5 ] las realizan grupos de trabajo designados por una o dos letras. Por ejemplo, el grupo de trabajo 802.3z redactó el estándar Gigabit Ethernet original .

802.3ba es la designación que se le dio al grupo de trabajo de Ethernet de alta velocidad, que completó su labor de modificar el estándar 802.3 para admitir velocidades superiores a 10 Gbit/s en 2010.

Las velocidades elegidas por 802.3ba fueron 40 y 100 Gbit/s para satisfacer las necesidades de agregación de enlaces y de puntos finales, respectivamente. Esta fue la primera vez que se especificaron dos velocidades Ethernet diferentes en un mismo estándar. La decisión de incluir ambas velocidades surgió de la presión para admitir la velocidad de 40 Gbit/s para aplicaciones de servidores locales y la de 100 Gbit/s para redes troncales de internet. El estándar se anunció en julio de 2007 [ 6 ] y se ratificó el 17 de junio de 2010 [ 7 ].

Un transceptor 40G-SR4 en formato QSFP .

Los estándares Ethernet de 40/100 Gigabit abarcan diversas especificaciones de la capa física (PHY) de Ethernet. Un dispositivo de red puede admitir diferentes tipos de PHY mediante módulos conectables. Los módulos ópticos no están estandarizados por ningún organismo de normalización oficial, sino que se incluyen en acuerdos multi-proveedor (MSA). Un acuerdo que admite Ethernet de 40 y 100 Gigabit es el MSA CFP [ 8 ] , adoptado para distancias superiores a 100 metros. Los módulos con conectores QSFP y CXP admiten distancias más cortas [ 9 ] .

El estándar solo admite operación dúplex completo . [ 10 ] Otros objetivos incluyen:

  • Conservar el formato de trama Ethernet 802.3 utilizando la MAC 802.3
  • Conservar el tamaño mínimo y máximo de trama del estándar 802.3 actual.
  • Admite una tasa de error de bits (BER) mejor o igual a 10⁻¹² en la interfaz de servicio MAC/PLS.
  • Brindar el apoyo adecuado a OTN
  • Admite velocidades de datos MAC de 40 y 100 Gbit/s.
  • Proporcione las especificaciones de la capa física (PHY) para el funcionamiento sobre fibra óptica monomodo (SMF), fibra óptica multimodo (MMF) OM3 y OM4 optimizada para láser , conjunto de cables de cobre y placa base .

La siguiente nomenclatura se utiliza para las capas físicas: [ 2 ] [ 3 ] [ 11 ]

 El objetivo de fibra multimodo optimizada para láser de 100 m (OM3) se alcanzó mediante un cable plano paralelo con  óptica tipo 10GBASE-SR de longitud de onda de 850 nm (40GBASE-SR4 y 100GBASE-SR10). El objetivo de plano posterior con 4 carriles de PHY tipo 10GBASE-KR (40GBASE-KR4). El objetivo de cable de cobre se alcanza con 4 o 10 carriles diferenciales utilizando conectores SFF-8642 y SFF-8436. Los objetivos de 10 y 40  km a 100 Gbit/s con cuatro longitudes de onda (alrededor de 1310  nm) de óptica de 25 Gbit/s (100GBASE-LR4 y 100GBASE-ER4) y el objetivo de 10  km a 40 Gbit/s con cuatro longitudes de onda (alrededor de 1310  nm) de óptica de 10 Gbit/s (40GBASE-LR4). [ 12 ]

En enero de 2010, otra autorización de proyecto del IEEE inició un grupo de trabajo para definir un estándar de fibra óptica monomodo serial de 40 Gbit/s (40GBASE-FR). Este fue aprobado como estándar 802.3bg en marzo de 2011. [ 13 ] Utilizaba  óptica de 1550 nm, tenía un alcance de 2  km y era capaz de recibir longitudes de onda de luz de 1550  nm y 1310  nm. La capacidad de recibir  luz de 1310 nm permite su interoperabilidad con un  PHY de 1310 nm de mayor alcance, en caso de que se desarrolle alguno.  Se eligió 1550 nm como longitud de onda para la transmisión 802.3bg para que fuera compatible con los equipos e infraestructuras de prueba existentes. [ 14 ]

En diciembre de 2010, se inició un acuerdo multi-proveedor 10x10 (10x10 MSA) para definir una subcapa óptica dependiente del medio físico (PMD) y establecer fuentes compatibles de transceptores ópticos enchufables de bajo costo y bajo consumo basados ​​en 10 carriles ópticos a 10 Gbit/s cada uno. [ 15 ] El 10x10 MSA fue concebido como una alternativa de menor costo a 100GBASE-LR4 para aplicaciones que no requieren una longitud de enlace mayor a 2  km. Fue diseñado para usarse con cable estándar monomodo G.652.C/D de bajo pico de agua con diez longitudes de onda que van desde 1523 a 1595  nm. Los miembros fundadores fueron Google , Brocade Communications , JDSU y Santur. [ 16 ] Otras empresas miembros de la MSA 10x10 incluían MRV, Enablence, Cyoptics, AFOP, oplink , Hitachi Cable America, AMS-IX, EXFO, Huawei , Kotura, Facebook y Effdon cuando  se anunció la especificación de 2 km en marzo de 2011. [ 17 ] Los módulos de la MSA 10x10 estaban destinados a tener el mismo tamaño que las especificaciones CFP.

El 12 de junio de 2014 se aprobó el estándar 802.3bj. Este estándar especifica cuatro capas físicas (PHY) de 25 Gbit/s (100GBASE-KR4, 100GBASE-KP4 y 100GBASE-CR4) para planos posteriores y cables de doble eje.

El 16 de febrero de 2015 se aprobó el estándar 802.3bm. Este estándar especifica una capa física óptica 100GBASE-SR4 de menor costo para fibra multimodo (MMF) y una especificación eléctrica de cuatro carriles entre chips (CAUI-4). Los objetivos detallados del proyecto 802.3bm se pueden consultar en el sitio web de 802.3.

El 14 de mayo de 2018 se aprobó el proyecto 802.3ck. Este tiene los siguientes objetivos: [ 18 ]

  • Defina una interfaz de unidad de conexión (AUI) de un solo carril de 100 Gbit/s para aplicaciones de chip a módulo, compatible con PMD basados ​​en señalización óptica de 100 Gbit/s por carril (100GAUI-1 C2M).
  • Defina una interfaz de unidad de conexión (AUI) de un solo carril de 100 Gbit/s para aplicaciones de chip a chip (100GAUI-1 C2C).
  • Defina una capa física (PHY) de un solo carril de 100 Gbit/s para operar sobre planos posteriores eléctricos que admitan una pérdida de inserción ≤ 28  dB a 26,56  GHz (100GBASE-KR1).
  • Defina una capa física (PHY) de un solo carril de 100 Gbit/s para operar sobre cables de cobre de doble eje con longitudes de hasta al menos 2 m (100GBASE-CR1).

El 12 de noviembre de 2018, el Grupo de Trabajo IEEE P802.3ct comenzó a trabajar para definir una capa física (PHY) que admita una operación de 100 Gbit/s en una sola longitud de onda capaz de alcanzar al menos 80  km a través de un sistema DWDM (100GBASE-ZR) (utilizando una combinación de modulación de fase y amplitud con detección coherente).

El 5 de diciembre de 2018 se aprobó el estándar 802.3cd. Este estándar especifica capas físicas (PHY) que utilizan carriles de 50 Gbit/s : 100GBASE-KR2 para el plano posterior, 100GBASE-CR2 para el cable de doble eje, 100GBASE-SR2 para la fibra multimodo (MMF) y señalización de 100 Gbit/s 100GBASE-DR para la fibra monomodo (SMF).

En junio de 2020, el Grupo de Trabajo IEEE P802.3db comenzó a trabajar para definir una especificación de capa física que admita el funcionamiento a 100 Gbit/s sobre 1 par de MMF con longitudes de hasta al menos 50 m. [ 19 ]

El 11 de febrero de 2021 se aprobó el estándar IEEE 802.3cu. Este estándar define capas físicas (PHY ) de 100 Gbit/s de longitud de onda única para su funcionamiento sobre fibra monomodo (SMF) con longitudes de hasta al menos 2  km (100GBASE-FR1) y 10  km (100GBASE-LR1).

Tipos de módulos conectables de 40G/100G

La interfaz eléctrica y física de los dispositivos que implementan Ethernet de 100 Gigabit ha experimentado un proceso de miniaturización, como ya se había observado en generaciones anteriores de Ethernet.

  1. 1 2 Las variantes -DD de las familias QSFP y SFP cuentan con conectores de doble fila, lo que les proporciona el doble de carriles eléctricos y, por lo tanto, una "doble densidad".Una ranura -DD puede aceptar un módulo que no sea DD; es probable que la plataforma admita el funcionamiento de dicho transceptor, pero no está garantizado.
  2. ↑ La versión inicial de QSFP-DD ya admitía 8 × 56 Gbd = 448 Gbd en total. En ocasiones, es posible operar a la mitad de esa velocidad.

Los multiplicadores de esta tabla indican que el módulo especificado puede proporcionar el número indicado de interfaces 100GE. Este uso es común con el cableado de derivación, pero debe ser compatible con la plataforma. Cuanto mayor sea la relación de derivación, menos frecuente será su compatibilidad, y estos puertos se utilizarían normalmente para 400GE u 800GE.

La interfaz eléctrica descrita anteriormente no necesariamente está vinculada a la velocidad de símbolos ni a la codificación en medios ópticos. Un módulo puede implementar una caja de conversión para alternar entre codificaciones, e incluso regenerar o convertir entre esquemas de corrección de errores directa. Para los formatos SFP y QSFP, esto inicialmente consumía demasiada energía, pero ahora es algo común.

Existen transceptores ópticos que admiten múltiples velocidades de símbolos, pero, si bien no son raros, son relativamente poco comunes. En el lado del host, los puertos multivelocidad son bastante comunes, lo que significa que las ranuras de módulos pueden aceptar módulos más antiguos o más lentos dentro del mismo formato físico. Sin embargo, la compatibilidad varía entre plataformas, y algunas solo pueden cambiar la velocidad de un grupo de varios puertos a la vez; es decir, todos los puertos del grupo deben usar la misma velocidad de símbolos.

Tipos de interfaz de 100G

En teoría, cualquier estándar de interfaz óptica podría implementarse en cualquier módulo de formato, aunque la superficie frontal de los módulos SFP es demasiado pequeña para alojar un conector MPO. Sin embargo, no se han fabricado todas las combinaciones. La lista de estándares ópticos disponibles es:

  1. ↑ Número total de medios físicos (pares diferenciales de cobre/fibras) necesarios para un enlace, incluyendo ambas direcciones.
  2. ↑ Número de longitudes de onda transmitidas a través de un extremo de la fibra.
  3. ↑ Un transceptor 100GBASE-SR1.2 (o 100GBASE-SRBD) transmite una sola longitud de onda por núcleo de fibra, pero lo hace en ambas hebras del par dúplex. Esto se realiza en longitudes de onda diferentes para evitar interferencias, ya que ambos lados iluminan ambas fibras del par. En teoría, se puede utilizar un circulador óptico en lugar de la (de)multiplexación WDM, aprovechando la direccionalidad de esta configuración. A diferencia de los transceptores bidireccionales BX/BR más lentos, los transceptores SR1.2 no necesitan utilizarse en pares coincidentes de longitudes de onda RX/TX intercambiadas.
  4. ↑ Esto corresponde a 27 · 18,432 MHz, una frecuencia de reloj típica de telecomunicaciones.

Esquemas de codificación

10,3125 Gbaud con NRZ ("PAM2") y 64b66b en 10 carriles por dirección.
Este sistema de codificación, uno de los primeros utilizados, amplía el esquema de codificación empleado en redes 10GE de un solo carril y 40G de cuatro carriles para utilizar 10 carriles. Debido a la baja velocidad de símbolos, se pueden lograr alcances relativamente largos, aunque a costa de utilizar una gran cantidad de cableado.
Esto también permite la conexión a 10×10GE, siempre que el hardware admita la división del puerto.
25,78125 Gbaud con NRZ ("PAM2") y 64b66b en 4 carriles por dirección
Esta variante acelerada de la anterior corresponde directamente a la señalización 10GE/40GE a una velocidad 2,5 veces mayor. La mayor velocidad de símbolos hace que los enlaces sean más propensos a errores.
Si el dispositivo y el transceptor admiten el funcionamiento a doble velocidad, es posible reconfigurar un puerto de 100G para reducir su velocidad a 40G o 4×10G. No existe un protocolo de autonegociación para esto, por lo que se requiere configuración manual. De manera similar, un puerto puede dividirse en 4×25G si se implementa en el hardware. Esto es aplicable incluso para CWDM4, si se utiliza un demultiplexor CWDM y óptica CWDM de 25G de forma adecuada.
25,78125 Gbaud con NRZ ("PAM2") y RS-FEC(528,514) en 4 carriles por sentido.
Para abordar la mayor susceptibilidad a errores a estas velocidades de símbolos, se definió una aplicación de corrección de errores Reed-Solomon en IEEE 802.3bj / Cláusula 91. Esta reemplaza la codificación 64b66b con una codificación 256b257b seguida de la aplicación RS-FEC, lo que resulta en la misma sobrecarga que 64b66b. Para el transceptor o cable óptico, no existe distinción entre esta y 64b66b; algunos tipos de interfaz (por ejemplo, CWDM4) se definen "con o sin FEC".
26,5625 Gbaud con PAM4 y RS-FEC(544,514) en 2 carriles por sentido.
Esto permite duplicar aún más el ancho de banda por carril (que se utiliza para reducir a la mitad el número de carriles) mediante la modulación por amplitud de pulsos con 4 niveles analógicos distintos, lo que hace que cada símbolo transmita 2 bits. Para mantener los márgenes de error, la sobrecarga de FEC se duplica, pasando del 2,7 % al 5,8 %, lo que explica el ligero aumento en la tasa de símbolos.
53,125 Gbaud con PAM4 y RS-FEC(544,514) en 1 carril por sentido.
Para seguir superando los límites del silicio, esta es una variante de doble velocidad de la anterior, que ofrece un funcionamiento completo de 100 GE en un único carril de velocidad media.
30,14475 Gbaud con DP-DQPSK y SD-FEC en 1 carril por dirección
Al igual que en los avances de OTN4 , DP-DQPSK (modulación por desplazamiento de fase en cuadratura diferencial de doble polarización) utiliza la polarización para transmitir un eje de la constelación DP-QPSK . Además, los nuevos algoritmos FEC de decisión suave incorporan información adicional sobre los niveles de la señal analógica como entrada para el procedimiento de corrección de errores.
13,59375 Gbaud con codificación específica PAM4, KP4 y RS-FEC(544,514) en 4 carriles por dirección.
Una variante de velocidad reducida de 26,5625 Gbaud con RS-FEC, con un paso de codificación de 31320/31280 que indica el número de carril en la señal, y además tramas de 92/90.

Tipos de interfaz de 40G

Nota adicional para 40GBASE-CR4/-KR4:

CL73 permite la comunicación entre las dos PHY para intercambiar páginas de capacidad técnica, y ambas PHY alcanzan una velocidad y un tipo de medio comunes. La finalización de CL73 inicia CL72. CL72 permite que cada uno de los transmisores de las cuatro líneas ajuste la preacentuación mediante la retroalimentación del socio de enlace.

40GBASE-T
40GBASE-T es un tipo de puerto para cableado de cobre Cat.8 de par trenzado balanceado de 4 pares de hasta 30  m definido en IEEE 802.3bq. [ 56 ] El estándar IEEE 802.3bq-2016 fue aprobado por la Junta de Estándares IEEE-SA el 30 de junio de 2016. [ 57 ] Utiliza señalización PAM de 16 niveles sobre cuatro carriles a 3200 MBd cada uno, escalado desde 10GBASE-T .

Interfaces de chip a chip/chip a módulo

CAUI-10
CAUI-10 es una interfaz eléctrica de 10 carriles y 100 Gbit/s definida en 802.3ba. [ 1 ]
CAUI-4
CAUI-4 es una interfaz eléctrica de 4 carriles y 100 Gbit/s definida en el Anexo 83E de 802.3bm con una tasa de señalización nominal para cada carril de 25,78125 GBd utilizando modulación NRZ. [ 3 ]
100GAUI-4
100GAUI-4 es una interfaz eléctrica de 4 carriles y 100 Gbit/s definida en el Anexo 135D/E de 802.3cd con una tasa de señalización nominal para cada carril de 26,5625 GBd utilizando modulación NRZ y RS-FEC(544,514), por lo que es adecuada para su uso con los PHY 100GBASE-CR2, 100GBASE-KR2, 100GBASE-SR2, 100GBASE-DR, 100GBASE-FR1 y 100GBASE-LR1.
100GAUI-2
100GAUI-2 es una interfaz eléctrica de 2 carriles y 100 Gbit/s definida en el Anexo 135F/G de 802.3cd con una tasa de señalización nominal para cada carril de 26,5625 GBd utilizando modulación PAM4 y RS-FEC(544,514), por lo que es adecuada para su uso con los PHY 100GBASE-CR2, 100GBASE-KR2, 100GBASE-SR2, 100GBASE-DR, 100GBASE-FR1 y 100GBASE-LR1.
100GAUI-1
100GAUI-1 es una interfaz eléctrica de 1 carril y 100 Gbit/s definida en el Anexo 120F/G de 802.3ck con una tasa de señalización nominal para cada carril de 53,125 GBd utilizando modulación PAM4 y RS-FEC(544,514), por lo que es adecuada para su uso con los PHY 100GBASE-CR1, 100GBASE-KR1, 100GBASE-SR1, 100GBASE-DR, 100GBASE-FR1, 100GBASE-LR1.

Conectores ópticos

Las interfaces de corto alcance utilizan conectores ópticos de inserción/extracción de múltiples fibras (MPO) . [ 1 ] : 86.10.3.3 40GBASE-SR4 y 100GBASE-SR4 utilizan MPO-12, mientras que 100GBASE-SR10 utiliza MPO-24 con un carril óptico por hebra de fibra.

Las interfaces de largo alcance utilizan conectores LC dúplex con todos los carriles ópticos multiplexados mediante WDM .

Historia

Desarrollo de estándares

El 18 de julio de 2006, en la reunión plenaria del IEEE 802.3 celebrada en San Diego, se hizo un llamado a la participación para la creación de un Grupo de Estudio de Alta Velocidad (HSSG) con el fin de investigar nuevos estándares para Ethernet de alta velocidad. [ 59 ]

La primera reunión del grupo de estudio 802.3 HSSG se celebró en septiembre de 2006. [ 60 ] En junio de 2007, se formó un grupo comercial llamado "Road to 100G" después de la feria comercial NXTcomm en Chicago. [ 61 ]

El 5 de diciembre de 2007, se aprobó la Solicitud de Autorización de Proyecto (PAR) para el Grupo de Trabajo Ethernet P802.3ba de 40 Gbit/s y 100 Gbit/s con el siguiente alcance del proyecto: [ 62 ]

El objetivo de este proyecto es extender el protocolo 802.3 a velocidades operativas de 40 Gbit/s y 100 Gbit/s para proporcionar un aumento significativo del ancho de banda, manteniendo la máxima compatibilidad con la infraestructura instalada de interfaces 802.3, la inversión previa en investigación y desarrollo, y los principios de operación y gestión de redes. El proyecto busca permitir la interconexión de equipos que cumplan con los requisitos de distancia de las aplicaciones previstas.

El grupo de trabajo 802.3ba se reunió por primera vez en enero de 2008. [ 63 ] Esta norma fue aprobada en la reunión de la Junta de Normas IEEE de junio de 2010 con el nombre IEEE Std 802.3ba-2010. [ 7 ]

La primera reunión del grupo de estudio sobre el PMD de fibra monomodo Ethernet de 40 Gbit/s se celebró en enero de 2010 y, el 25 de marzo de 2010, se aprobó el Grupo de Trabajo P802.3bg sobre el PMD de fibra monomodo para el PMD serie de fibra monomodo de 40 Gbit/s .

El objetivo de este proyecto es añadir una opción de fibra monomodo dependiente del medio físico (PMD) para el funcionamiento en serie a 40 Gbit/s, especificando adiciones y modificaciones apropiadas a la norma IEEE Std 802.3-2008, enmendada por el proyecto IEEE P802.3ba (y cualquier otra enmienda o corrección aprobada).

El 17 de junio de 2010 se aprobó el estándar IEEE 802.3ba. [ 1 ] [ 64 ] En marzo de 2011 se aprobó el estándar IEEE 802.3bg. [ 13 ] El 10 de septiembre de 2011 se aprobó el grupo de trabajo P802.3bj de 100 Gbit/s de plano posterior y cable de cobre. [ 2 ]

El objetivo de este proyecto es especificar las adiciones y modificaciones apropiadas a la norma IEEE Std 802.3 para agregar especificaciones de capa física (PHY) de 4 carriles y 100 Gbit/s y parámetros de administración para su funcionamiento en placas base y cables de cobre twinaxiales , y especificar Ethernet de bajo consumo energético (EEE) opcional para su funcionamiento a 40 Gbit/s y 100 Gbit/s sobre placas base y cables de cobre.

El 10 de mayo de 2013, se aprobó el Grupo de Trabajo de Fibra Óptica P802.3bm de 40 Gbit/s y 100 Gbit/s . [ 3 ]

Este proyecto consiste en especificar adiciones y modificaciones apropiadas a la norma IEEE Std 802.3 para incorporar especificaciones y parámetros de gestión de la capa física (PHY) de 100 Gbit /s , utilizando una interfaz eléctrica de cuatro carriles para su funcionamiento en cables de fibra óptica multimodo y monomodo. Asimismo, se especifica la opción de Ethernet de bajo consumo energético (EEE) para su funcionamiento a 40 Gbit/s y 100 Gbit/s sobre cables de fibra óptica. Además, se incorporan especificaciones y parámetros de gestión de la capa física (PHY) de 40 Gbit/s  para su funcionamiento en cables de fibra óptica monomodo de largo alcance (>10 km).

También el 10 de mayo de 2013, se aprobó el Grupo de Trabajo P802.3bq 40GBASE-T. [ 65 ]

Especifique una capa física (PHY) para operar a 40 Gbit/s en cableado de cobre de par trenzado balanceado, utilizando el control de acceso al medio existente y con extensiones a los parámetros de gestión de la capa física apropiados.

El 12 de junio de 2014 se aprobó el estándar IEEE 802.3bj. [ 2 ]

El 16 de febrero de 2015 se aprobó el estándar IEEE 802.3bm. [ 66 ]

El 12 de mayo de 2016, el Grupo de Trabajo IEEE P802.3cd comenzó a trabajar para definir la próxima generación de PHY de dos carriles de 100 Gbit/s . [ 67 ]

El 14 de mayo de 2018, se aprobó el PAR para el Grupo de Trabajo IEEE P802.3ck. El alcance de este proyecto es especificar adiciones y modificaciones apropiadas a la norma IEEE Std 802.3 para agregar especificaciones de la capa física y parámetros de gestión para interfaces eléctricas de 100 Gbit/s , 200 Gbit/s y 400 Gbit/s basadas en señalización de 100 Gbit/s . [ 68 ]

El 5 de diciembre de 2018, la Junta de IEEE-SA aprobó el estándar IEEE 802.3cd.

El 12 de noviembre de 2018, el Grupo de Trabajo IEEE P802.3ct comenzó a trabajar para definir una capa física (PHY) que admita una operación de 100 Gbit/s en una sola longitud de onda capaz de alcanzar al menos 80  km sobre un sistema DWDM (utilizando una combinación de modulación de fase y amplitud con detección coherente). [ 69 ]

En mayo de 2019, el Grupo de Trabajo IEEE P802.3cu comenzó a trabajar para definir PHYs de 100 Gbit/s de longitud de onda única para operar sobre SMF (fibra monomodo) con longitudes de hasta al menos 2  km (100GBASE-FR1) y 10  km (100GBASE-LR1). [ 70 ]

En junio de 2020, el Grupo de Trabajo IEEE P802.3db comenzó a trabajar para definir una especificación de capa física que admita el funcionamiento a 100 Gbit/s sobre 1 par de MMF con longitudes de hasta al menos 50 m. [ 19 ]

El 11 de febrero de 2021, la Junta IEEE-SA aprobó el estándar IEEE 802.3cu. [ 71 ]

El 16 de junio de 2021, la Junta IEEE-SA aprobó el estándar IEEE 802.3ct. [ 72 ]

El 21 de septiembre de 2022, la Junta IEEE-SA aprobó los estándares IEEE 802.3ck y 802.3db. [ 73 ]

Productos iniciales

La transmisión de señales ópticas a través de un medio no lineal es principalmente un problema de diseño analógico. Por ello, ha evolucionado más lentamente que la litografía de circuitos digitales (que generalmente progresó al ritmo de la ley de Moore ). Esto explica por qué los sistemas de transporte de 10 Gbit/s existían desde mediados de la década de 1990, mientras que los primeros intentos de transmisión a 100 Gbit/s se produjeron unos 15 años después  : un aumento de velocidad de 10 veces en 15 años es mucho más lento que el aumento de velocidad de 2 veces cada 1,5 años que se suele citar para la ley de Moore.

No obstante, al menos cinco empresas (Ciena, Alcatel-Lucent, MRV, ADVA Optical y Huawei) anunciaron sistemas de transporte de 100 Gbit/s para clientes en agosto de 2011, con capacidades variables. [ 74 ] Si bien los proveedores afirmaron que las rutas ópticas de 100 Gbit/s podían utilizar la infraestructura óptica analógica existente, el despliegue de la tecnología de alta velocidad estaba estrictamente controlado y se requerían extensas pruebas de interoperabilidad antes de su puesta en servicio.

Diseñar enrutadores o conmutadores que admitan interfaces de 100 Gbit/s es difícil. Una de las razones es la necesidad de procesar un flujo de paquetes de 100 Gbit/s a velocidad de línea sin reordenarlos dentro de los microflujos IP/MPLS.

A partir de 2011La mayoría de los componentes en la ruta de procesamiento de paquetes de 100 Gbit/s (chips PHY, NPU , memorias) no estaban disponibles comercialmente o requerían una amplia cualificación y codiseño. Otro problema radica en la baja producción de componentes ópticos de 100 Gbit/s , que tampoco eran fáciles de conseguir , especialmente en versiones enchufables, de largo alcance o láseres sintonizables. 

Plano posterior

NetLogic Microsystems anunció módulos de placa base en octubre de 2010. [ 75 ]

Fibra multimodo

En 2009, Mellanox [ 76 ] y Reflex Photonics [ 77 ] anunciaron módulos basados ​​en el acuerdo CFP.

fibra monomodo

Finisar , [ 78 ] Sumitomo Electric Industries , [ 79 ] y OpNext [ 80 ] demostraron módulos Ethernet monomodo de 40 o 100 Gbit/s basados ​​en el acuerdo C-form-factor pluggable (CFP) en la Conferencia y Exposición Europea sobre Comunicación Óptica en 2009. Los primeros láseres para 100 GBE se demostraron en 2008. [ 81 ]

Compatibilidad

Las implementaciones de fibra óptica IEEE 802.3ba no eran compatibles con los numerosos sistemas de transporte de velocidad de línea de 40 y 100 Gbit/s debido a que tenían diferentes formatos de capa óptica y modulación, como lo demuestran los tipos de interfaz IEEE 802.3ba . En particular, las soluciones de transporte existentes de 40 Gbit/s que utilizaban multiplexación por división de longitud de onda densa para empaquetar cuatro señales de 10 Gbit/s en un medio óptico no eran compatibles con el estándar IEEE 802.3ba, que utilizaba WDM gruesa en la región de longitud de onda de 1310  nm con cuatro canales de 25 Gbit/s o diez canales de 10 Gbit/s , o bien óptica paralela con cuatro o diez fibras ópticas por dirección.

Prueba y medición

Tecnologías Mellanox

Mellanox Technologies presentó el adaptador ConnectX-4 de 100 GbE de puerto único y doble en noviembre de 2014. [ 100 ] En el mismo período, Mellanox presentó la disponibilidad de cables de cobre y fibra de 100 GbE. [ 101 ] En junio de 2015, Mellanox presentó los modelos de conmutador Spectrum de 10, 25, 40, 50 y 100 GbE. [ 102 ]

Aitia

Aitia International presentó la plataforma de conmutación basada en FPGA C-GEP en febrero de 2013. [ 103 ] Aitia también produce núcleos IP Ethernet PCS/PMA+MAC de 100G/40G para desarrolladores de FPGA e investigadores académicos. [ 104 ]

Arista

Arista Networks presentó el conmutador 7500E (con hasta 96 puertos 100GbE) en abril de 2013. [ 105 ] En julio de 2014, Arista presentó el conmutador 7280E (el primer conmutador de rack del mundo con puertos de enlace ascendente de 100G). [ 106 ]

Redes extremas

Extreme Networks presentó un módulo de cuatro puertos 100GbE para el conmutador central BlackDiamond X8 en noviembre de 2012. [ 107 ]

Dell

Los conmutadores Force10 de Dell admiten interfaces de 40 Gbit/s . Estas interfaces de fibra óptica de 40 Gbit/s, que utilizan transceptores QSFP+, se encuentran en los conmutadores de núcleo distribuido Z9000, S4810 y S4820 [ 108 ] , así como en los conmutadores blade MXL y el agregador de E/S . Los conmutadores de la serie Dell PowerConnect 8100 también ofrecen interfaces QSFP+ de 40 Gbit/s [ 109 ] .

Chelsio

Chelsio Communications presentó adaptadores de red Ethernet de 40 Gbit/s (basados ​​en la quinta generación de su arquitectura Terminator) en junio de 2013. [ 110 ]

Telesoft Technologies Ltd

Telesoft Technologies anunció la tarjeta aceleradora PCIe dual de 100G, parte de la serie MPAC-IP. [ 111 ] Telesoft también anunció el STR 400G (enrutador de tráfico segmentado) [ 112 ] y el MCE de 100G (convertidor y extensión de medios). [ 113 ]

Pruebas y despliegues comerciales

A diferencia de la "carrera hacia los 10 Gbit/s " que fue impulsada por la necesidad inminente de abordar los problemas de crecimiento de Internet a finales de la década de 1990, el interés de los clientes en las tecnologías de 100 Gbit/s fue impulsado principalmente por factores económicos. Las razones comunes para adoptar velocidades más altas fueron: [ 114 ]

  • para reducir el número de longitudes de onda ópticas ("lambdas") utilizadas y la necesidad de iluminar nuevas fibras
  • para utilizar el ancho de banda de forma más eficiente que los grupos agregados de enlaces de 10 Gbit/s
  • para proporcionar conectividad mayorista, de interconexión de internet y de centros de datos más económica.
  • para saltarse la tecnología relativamente cara de 40 Gbit/s y pasar directamente de 10 a 100 Gbit/s.

Alcatel-Lucent

En noviembre de 2007, Alcatel-Lucent realizó la primera prueba de campo de transmisión óptica de 100 Gbit/s . Completada sobre un tramo en funcionamiento de 504 kilómetros de la red de Verizon, conectó las ciudades de Tampa y Miami, en Florida. [ 115 ]

Las interfaces 100GbE para la plataforma de enrutamiento de servicios 7450 ESS/7750 SR se anunciaron por primera vez en junio de 2009, y las pruebas de campo con Verizon, [ 116 ] T-Systems y Portugal Telecom se llevaron a cabo entre junio y septiembre de 2010. En septiembre de 2009, Alcatel-Lucent combinó las capacidades de 100G de su cartera de enrutamiento IP y transporte óptico en una solución integrada llamada Transformación de la Red Troncal Convergente. [ 117 ]

En junio de 2011, Alcatel-Lucent presentó una arquitectura de procesamiento de paquetes conocida como FP3, anunciada para velocidades de 400 Gbit/s . [ 118 ] Alcatel-Lucent anunció el enrutador central XRS 7950 (basado en FP3) en mayo de 2012. [ 119 ] [ 120 ]

Brocado

Brocade Communications Systems presentó sus primeros productos 100GbE (basados ​​en el antiguo hardware MLXe de Foundry Networks) en septiembre de 2010. [ 121 ] En junio de 2011, el nuevo producto entró en funcionamiento en el punto de intercambio de tráfico AMS-IX en Ámsterdam. [ 122 ]

Cisco

Cisco Systems and Comcast announced their 100GbE trials in June 2008.[123] However, it is doubtful that this transmission could approach 100 Gbit/s speeds when using a 40 Gbit/s per slot CRS-1 platform for packet processing. Cisco's first deployment of 100GbE at AT&T and Comcast took place in April 2011.[124] In the same year, Cisco tested the 100GbE interface between CRS-3 and a new generation of their ASR9K edge router model.[125] In 2017, Cisco announced a 32 port 100GbE Cisco Catalyst 9500 Series switch [126] and in 2019 the modular Catalyst 9600 Series switch with a 100GbE line card [127]

Huawei

In October 2008, Huawei presented their first 100GbE interface for their NE5000e router.[128] In September 2009, Huawei also demonstrated an end-to-end 100 Gbit/s link.[129] It was mentioned that Huawei's products had the self-developed NPU "Solar 2.0 PFE2A" onboard and was using pluggable optics in CFP.

In a mid-2010 product brief, the NE5000e linecards were given the commercial name LPUF-100 and credited with using two Solar-2.0 NPUs per 100GbE port in opposite (ingress/egress) configuration.[130] Nevertheless, in October 2010, the company referenced shipments of NE5000e to Russian cell operator "Megafon" as "40 GBPS/slot" solution, with "scalability up to" 100 Gbit/s.[131]

In April 2011, Huawei announced that the NE5000e was updated to carry 2x100GbE interfaces per slot using LPU-200 linecards.[132] In a related solution brief, Huawei reported 120 thousand Solar 1.0 integrated circuits shipped to customers, but no Solar 2.0 numbers were given.[133] Following the August 2011 trial in Russia, Huawei reported paying 100 Gbit/s DWDM customers, but no 100GbE shipments on NE5000e.[134]

Juniper

Juniper Networks announced 100GbE for its T-series routers in June 2009.[135] The 1x100GbE option followed in Nov 2010, when a joint press release with academic backbone network Internet2 marked the first production 100GbE interfaces going live in real network.[136]

In the same year, Juniper demonstrated 100GbE operation between core (T-series) and edge (MX 3D) routers.[137] Juniper, in March 2011, announced first shipments of 100GbE interfaces to a major North American service provider (Verizon[138]).

In April 2011, Juniper deployed a 100GbE system on the UK education network JANET.[139] In July 2011, Juniper announced 100GbE with Australian ISP iiNet on their T1600 routing platform.[140] Juniper started shipping the MPC3E line card for the MX router, a 100GbE CFP MIC, and a 100GbE LR4 CFP optics in March 2012. In Spring 2013, Juniper Networks announced the availability of the MPC4E line card for the MX router that includes 2 100GbE CFP slots and 8 10GbE SFP+ interfaces.

In June 2015, Juniper Networks announced the availability of its CFP-100GBASE-ZR module, which is a plug & play solution that brings 80 km 100GbE to MX & PTX based networks.[141] The CFP-100GBASE-ZR module uses DP-QPSK modulation and coherent receiver technology with an optimized DSP and FEC implementation. The low-power module can be directly retrofitted into existing CFP sockets on MX and PTX routers.

See also

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Lecturas adicionales

  • Descripción general de los requisitos y aplicaciones de la tecnología Ethernet de 40 Gigabit y 100 Gigabit. Documento técnico ( archivado el 1 de agosto de 2009) – Ethernet Alliance
  • Documento técnico sobre la descripción general de las tecnologías Ethernet de 40 Gigabit y 100 Gigabit – Ethernet Alliance
  • Alianza Ethernet
  • "Guía rápida de Ethernet de 100G: una recopilación de artículos, presentaciones de diapositivas y contenido multimedia sobre Ethernet de 100G" . Network World . 19 de noviembre de 2009. Consultado el 24 de agosto de 2016 .
  • Grupo de trabajo IEEE P802.3ba sobre Ethernet de 40 Gbit/s y 100 Gbit/s
  • Área pública del Grupo de Trabajo de Ethernet de 40 Gbit/s y 100 Gbit/s de IEEE P802.3ba
  • Documentos del Grupo de Estudio de Alta Velocidad