自從以太網(wǎng)技術(shù)由施樂公司于1973年提出并實(shí)現(xiàn)以來，其就以成本優(yōu)勢、技術(shù)簡單和部署靈活的優(yōu)越性所向無敵。在這30多年中，以太網(wǎng)技術(shù)經(jīng)歷了不斷的完善，在寬帶接入、城域網(wǎng)匯聚、核心層中得到了廣泛的應(yīng)用。從10M到100G，從局域網(wǎng)到城域網(wǎng)，通過不斷的完善自身不足，以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為目前應(yīng)用最為廣泛的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。而在2010年6月17日，IEEE正式批準(zhǔn)了IEEE 802.3ba標(biāo)準(zhǔn)，這標(biāo)志著40G/100G以太網(wǎng)的商用之路正式開始，吹響了以太網(wǎng)新一輪大提速的號(hào)角。

一、業(yè)務(wù)需求驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展

從業(yè)務(wù)需求來看，100G的主要需求主要來自城域網(wǎng)骨干和數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)。

隨著寬帶市場的不斷發(fā)展，用戶數(shù)量在迅速增加。同時(shí)，城域網(wǎng)個(gè)人寬帶接入的帶寬也在不斷提升，每用戶20Mbps、50Mbps、甚至100Mbps的帶寬，已經(jīng)成為國內(nèi)未來幾年的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展目標(biāo)。而近幾年無線熱點(diǎn)、熱區(qū)及后續(xù)無線城市的戰(zhàn)略部署，也促使數(shù)據(jù)流量在不斷增加，尤其是P2P、IPTV等視頻內(nèi)容大吞吐量數(shù)據(jù)已成為當(dāng)前寬帶業(yè)務(wù)的主要組成部分，這些都對(duì)網(wǎng)絡(luò)的高帶寬提出了要求。而接入層帶寬的增加必然導(dǎo)致城域網(wǎng)匯聚層和核心層的帶寬需求增加，未來的接入?yún)R聚層將以10GE為主，核心骨干層則存在升級(jí)到100G的實(shí)際需求。

在數(shù)據(jù)中心，由于云計(jì)算和虛擬化的廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)中心架構(gòu)面臨著深刻的變革，網(wǎng)絡(luò)將取代計(jì)算成為主角。高帶寬網(wǎng)絡(luò)成為數(shù)據(jù)中心建設(shè)的基本要求。特別像視頻點(diǎn)播、10G的FCoE、以及高性能計(jì)算這樣的高帶寬應(yīng)用，都需要萬兆以太網(wǎng)接口，而隨著數(shù)據(jù)中心服務(wù)器和接入設(shè)備萬兆以太網(wǎng)的普及，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)匯聚層和核心層設(shè)備對(duì)100G以太網(wǎng)的需求也會(huì)越來越強(qiáng)烈。

由此可見，無論是城域網(wǎng)的內(nèi)部帶寬需求，還是出口帶寬需求，或是數(shù)據(jù)中心的帶寬需求都在成幾何數(shù)字增長。企業(yè)和運(yùn)營商都需要擴(kuò)建自己的網(wǎng)絡(luò)來應(yīng)對(duì)流量的增長，網(wǎng)絡(luò)的帶寬升級(jí)擴(kuò)容導(dǎo)致對(duì)高帶寬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的需求也在日益增長，100G以太網(wǎng)勢在必行。

二、100G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的誕生

早在2006年下半年，IEEE就成立了HSSG（Higher Speed Study Group），目標(biāo)是要研究制定下一代高速以太網(wǎng)100G的標(biāo)準(zhǔn)，制訂100G以太網(wǎng)的媒體接入控制(MAC)、物理編碼子層(PCS)、物理介質(zhì)附加子層/物理介質(zhì)子層(PMA/PMD)的技術(shù)規(guī)范。但由于40G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的提出，下一代以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)了分歧，對(duì)服務(wù)器到交換機(jī)應(yīng)用更感興趣的成員力挺40Gbps，他們認(rèn)為這樣的改進(jìn)是一種必要的、簡單且經(jīng)濟(jì)的升級(jí)，并擁有廣闊的市場前景，而關(guān)注網(wǎng)絡(luò)匯聚和骨干網(wǎng)的成員則支持100Gbps。雙方的分歧與爭論一直持續(xù)著，最終HSSG決定制定一個(gè)包含兩個(gè)速度的單一標(biāo)準(zhǔn)。

在IEEE的40G/100G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布的同時(shí)，多個(gè)光通信標(biāo)準(zhǔn)組織也在積極制定相關(guān)規(guī)范，涵蓋40G/100G器件、光模塊、OTN開銷處理、系統(tǒng)設(shè)備等領(lǐng)域。具體來說，IEEE主要制定客戶側(cè)的網(wǎng)絡(luò)接口和以太網(wǎng)相關(guān)映射標(biāo)準(zhǔn)，為40G/100G客戶側(cè)接口提供了規(guī)范；ITU-T主要制定運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。2010年該組織對(duì)G.709標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了一次修訂，進(jìn)一步規(guī)范了OTN接口標(biāo)準(zhǔn)，把40G/100G以太網(wǎng)的承載和映射進(jìn)行了明確的定義；OIF則負(fù)責(zé)制定40G/100G波分側(cè)光模塊電氣機(jī)械接口、軟件管理接口、集成式發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組件、前向糾錯(cuò)技術(shù)的協(xié)議規(guī)范，有力地推動(dòng)了波分側(cè)接口設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。

40/100G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的誕生，解決了數(shù)據(jù)中心、運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)和其它流量密集高性能計(jì)算環(huán)境中數(shù)量越來越多的應(yīng)用的寬帶需求，同時(shí)也將推動(dòng)萬兆以太網(wǎng)的普及，可以提供更多的萬兆鏈路匯聚。

三、100G以太網(wǎng)的類型

在802.3ba中，針對(duì)100GE定義了如下類型：

·100GBASE-CR10

100GBASE-CR10是100Gb/s 信號(hào)在銅纜上應(yīng)用的規(guī)范，采用了10×10G（基于10GBASE-KR）的并行模式，傳輸距離為7m。主要是應(yīng)用在機(jī)架/機(jī)柜內(nèi)或機(jī)架/機(jī)柜間的互聯(lián)。

·100GBASE-SR10

100GBASE-SR10是100Gb/s 信號(hào)在多模光纖上應(yīng)用的規(guī)范，，采用850nm的波長，在OM3的多模光纖上傳輸。傳輸距離為100m。主要應(yīng)用于辦公室之間，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器到交換機(jī)之間互聯(lián)，以及交換機(jī)和交換機(jī)之間的互聯(lián)。

·100GBASE-LR4和100GBASE-ER4

這兩種接口是100Gb/s 信號(hào)在單模光纖上應(yīng)用的規(guī)范，，采用波分復(fù)用技術(shù)，傳輸距離分別為10KM和40KM。主要應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)交換、校園網(wǎng)，城域網(wǎng)以及骨干網(wǎng)。

在100GE物理層規(guī)范方面，100 Gbit/s以太網(wǎng)應(yīng)滿足的條件如表1所示：

表1.100GE物理層接口

CFP和CXP封裝均支持熱插拔，其中CFP主要針對(duì)40G和100G以太網(wǎng)的應(yīng)用，同時(shí)支持單模或多模光纖；而CXP主要針對(duì)集群和高速計(jì)算市場。目前，CXP還沒有形成最終標(biāo)準(zhǔn)，CFP草案已起草完畢，正在討論中。

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圖1為CXP模塊和光纖，光纖上提供12 個(gè)發(fā)射（TX）和12個(gè)接收 （RX）通道

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圖2為CFP模塊示意圖

四、OTN承載100GE業(yè)務(wù)

OTN（光傳送網(wǎng)，Optical Transport Network），是以波分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)、在光層組織網(wǎng)絡(luò)的傳送網(wǎng)。相對(duì)SDH而 言，OTN技術(shù)的最大優(yōu)勢就是提供大顆粒帶寬的調(diào)度與傳送。

從國內(nèi)建網(wǎng)趨勢來看，OTN已經(jīng)成為事實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。在100G時(shí)代，OTN需要承載100GE的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，此時(shí)需要對(duì)100GE進(jìn)行到OTN的封裝映射。目前，映射方式主要有如下幾種：

·100GE信號(hào)映射到ODU4

ITU-T定義了OTU4，ODU4的信號(hào)速率分別為111.8099736Gbit/s、104.7944458Gbit/s，能夠支持100GE用戶的映射。

·100GE串行信號(hào)反向復(fù)用到ODU2e、ODU2、ODU3

主要有ODU2e-10v反向復(fù)用和ODU2-11v或ODU3-3v反向復(fù)用兩種方案。ITU-T Q11已經(jīng)明確將對(duì)這兩種封裝映射路徑進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。采用GMP(General Mapping Protocol)映射方法在技術(shù)上可以實(shí)現(xiàn)，但標(biāo)準(zhǔn)還不成熟。

·100GE信號(hào)反向復(fù)用到10×10G或4×25G

這種方案將高速串行的100GE信號(hào)反向復(fù)用為10G或25G低速并行的信號(hào)。目前，ITU正在討論承載Multi-lane 100GE的問題，主要有Multi-lane PCS層匯聚再映射到OTN，以及比特透明獨(dú)立映射兩種解決方案。

五、100GE在城域網(wǎng)內(nèi)的部署

從以上業(yè)務(wù)需求可以看出，城域網(wǎng)帶寬升級(jí)已經(jīng)成為必然趨勢。而從歷次城域網(wǎng)的帶寬升級(jí)技術(shù)來看，以太網(wǎng)從來都是當(dāng)仁不讓，從10M到100M，從GE再到10GE。這主要是得益于以太網(wǎng)技術(shù)本身簡單易用，性價(jià)比高。出于同樣的原因，100GE也會(huì)是未來城域網(wǎng)帶寬升級(jí)的主要方式。

在目前城域網(wǎng)中，較大用戶規(guī)模的BRAS/SR和匯聚交換機(jī)間通常是以10GE或n×GE鏈路進(jìn)行連接，而BRAS/SR上行則是通過多個(gè)10GE的捆綁聚合來提供更多的帶寬，在鏈路數(shù)目較少時(shí)聚合問題還不明顯，但鏈路數(shù)據(jù)較多時(shí)則存在較為突出的問題。首先較多數(shù)量的鏈路捆綁后，需要占用設(shè)備更多的端口，需要購買更多的光模塊；其次鏈路捆綁主要是采用hash算法進(jìn)行負(fù)載均衡，屬于統(tǒng)計(jì)意義上的均衡，有可能會(huì)降低聚合鏈路的有效帶寬；再次鏈路聚合方式會(huì)占用較多的光纖資源，特別是遠(yuǎn)程機(jī)房間的多條鏈路聚合時(shí)，在施工上也會(huì)比較麻煩，在管理和維護(hù)上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如采用單條高速鏈路連接更簡單。而在100GE時(shí)代，BRAS/SR則可以通過100GE上行連接CR形成高速的城域網(wǎng)核心層，必要時(shí)甚至可以通過100G連接下行的匯聚交換機(jī)，提供無阻塞的城域網(wǎng)接入?yún)R聚層次（如圖3所示）。

圖3100GE的城域網(wǎng)典型架構(gòu)

六、100G商用尚待時(shí)日

雖然100G技術(shù)擁有廣闊的業(yè)務(wù)應(yīng)用潛力，但目前尚有諸多待解決的問題，如100GE接口形式的選擇等。此外，受限于成本問題，特別是目前100G的芯片和光模塊成本還比較高，在短期內(nèi)100G還難以進(jìn)行大規(guī)模商用。按照國際市場研究機(jī)構(gòu)Infonetics Research的分析，100G以太網(wǎng)的價(jià)格要等到2015年才能成為市場可接受的價(jià)格，預(yù)測100G以太端口也會(huì)在2015年大規(guī)模出貨。因此整體上來看，100G的真正商用時(shí)代還需要等待2～3年的時(shí)間。

目前中國電信正在組織國內(nèi)首次100G系統(tǒng)技術(shù)測試，預(yù)計(jì)經(jīng)過首輪測試驗(yàn)證以后，有可能在2013年啟動(dòng)建設(shè)100G試商用網(wǎng)絡(luò)，如果網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的寬帶壓力持續(xù)增加，預(yù)計(jì)2014年國內(nèi)運(yùn)營商將開始規(guī)模化建設(shè)100G傳輸網(wǎng)絡(luò)，即總體來看國內(nèi)100G市場發(fā)展趨勢，2012年為測試驗(yàn)證年，2013年為現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)?zāi)辏?014年為規(guī)模商用年。

雖然100G商用時(shí)代還需要等待一段時(shí)間，但對(duì)運(yùn)營商而言，匯聚、核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備已經(jīng)需要為未來平滑過渡到100G提供硬件支持的能力，包括背板架構(gòu)、交換矩陣、供電和制冷等多個(gè)方面能夠支持將來100G的部署。這樣后續(xù)才可以平滑支持100GE的接口，滿足運(yùn)營商未來高速接口的要求。