40 Gigabit Ethernet ( 40 GbE ) y 100 Gigabit Ethernet ( 100 GbE ) [1] son estándares de Ethernet desarrollados por IEEE P802.3ba Ethernet Task Force [2] entre noviembre de 2007 y junio de 2010 [3] [4] .
Estos estándares son la siguiente etapa en el desarrollo del grupo de estándares Ethernet, que hasta 2010 tenía la velocidad más alta de 10 Gb/s . El estándar IEEE Std 802.3ba-2010 establece la tasa de transferencia de datos a 40 y 100 Gb/s cuando se comparten varias líneas de comunicación (carril) a 10 o 25 Gb/s.
P802.3ba Fechas de publicación del borrador del grupo de trabajo:
La versión final del estándar fue adoptada el 17 de junio de 2010 bajo el número IEEE 802.3ba-2010.
Los estándares 40/100 Gigabit Ethernet describen varios estándares de capa física ( PHY ) diferentes. Los dispositivos de red pueden usar diferentes tipos de PHY mediante el uso de módulos PHY enchufables. Los módulos que utilizan fibra óptica están estandarizados en 802.3ba y en varios acuerdos multifuente , MSA (acuerdos entre diferentes fabricantes). Un módulo estandarizado que admite tanto 40 como 100 Gigabit Ethernet es CFP MSA ( enchufable con factor de forma C ) [7] , que se puede usar para distancias de 100 m o más . Los módulos QSFP y CXP brindan operación a distancias más cortas [8] .
El estándar 802.3ba solo admite la operación de dúplex completo [9] .
Al desarrollar la parte PHY del estándar, se establecieron los siguientes objetivos:
Se han estandarizado las siguientes variantes de PHY:
PHY | Ethernet de 40 Gigabits | Ethernet de 100 Gigabits |
---|---|---|
al menos 1 m a través del backplane | 40GBASE-KR4 | |
al menos 10 m sobre cable de cobre | 40GBASE-CR4 | 100GBASE-CR10 |
al menos 100 m según OM3 MMF | 40GBASE-SR4 | 100GBASE-SR10 |
al menos 125 m según OM4 MMF | 40GBASE-SR4 | 100GBASE-SR10 |
al menos 10 km por SMF | 40GBASE-LR4 | 100GBASE-LR4 |
al menos 40 km por SMF | 100GBASE-ER4 |
La tarea de transmitir una señal a velocidades de 40 y 100 Gbps por un cable óptico OM3 de 100 m (40GBASE-SR4 y 100GBASE-SR10) se resolvió utilizando ondas en torno a los 850 nm, similares a las del estándar 10GBASE-SR.
La transmisión de señales de 40 Gb/s sobre placas de circuito impreso (p. ej ., backplanes de jaulas de servidores blade ) en distancias de hasta 1 m (40GBASE-KR4) se realiza utilizando 4 carriles del estándar 10GBASE-KR.
La operación a distancias de 10 y 40 km se implementa utilizando cuatro longitudes de onda diferentes (alrededor de 1310 nm) y utiliza elementos ópticos con una tasa de datos de 25 Gb/s (para 100GBASE-LR4 y 100GBASE-ER4) y 10 Gb/s (para 40GBASE - LR4). [11] .
Agrupados por opciones PHY implementadas.
Información sobre la creación de módulos de 40/100 Gb/s para backplanes actualmente[ ¿cuándo? ] falta. Sin embargo, las conexiones multienlace de 100 gigabits de corto alcance parecen más prometedoras en términos de costo y confiabilidad que las que se usan actualmente.[ ¿cuándo? ] matrices planas de láseres emisores de superficie de 10 Gb/s ( matrices VCSEL ) y muy probablemente aparecerán en productos con una matriz de conmutación óptica en un futuro próximo, como Juniper TX y Cisco CRS FCC.
En 2009, Quellan anunció la creación de una Junta de Evaluación [12] , pero no proporcionó módulos listos para usar.
Mellanox [13] y Reflex Photonics [14] anunciaron el inicio de las ventas de módulos CFP para fibras multimodo.
Finisar [15] , Sumitomo Electric Industries [16] y OpNext [17] en el European Optical Communications Show ( ECOC ) en 2009 demostraron módulos Ethernet monomodo de 40 y 100 gigabits basados en el estándar CFP MSA .
A diferencia de la situación de fines de la década de 1990, cuando la falta de interfaces de enrutador backbone de alta velocidad frenó el desarrollo de toda Internet, el aumento en las velocidades de transporte de 10 a 100 Gb/s en la década de 2010 estuvo motivado principalmente por consideraciones económicas, como como: reducir la cantidad de ondas requeridas en las redes ópticas backbone, reducir el costo de las interconexiones en grandes centros de datos y puntos de intercambio de tráfico , así como reducir las pérdidas de capacidad por desbalance de tráfico en grupos paralelos de canales de 10 gigabits. Al mismo tiempo, muchos operadores de red troncal han tratado de pasar directamente del uso de SONET/SDH de 10 Gb/s, pasando por alto la fase intermedia de 40 Gb/s, a interfaces Ethernet de 100 Gb/s y ganando valor debido a la rápida disminución esperada en el costo de este último.
Un factor importante en la reducción de precios esperada fue el abandono del desarrollo de esquemas de canales separados para SONET/SDH y Ethernet. De hecho, 100 Gigabit Ethernet se ha convertido ahora en el único formato de trama en la parte superior de la jerarquía de velocidad óptica (ODU4), lo que garantiza una reducción de precio paralela con un aumento en la producción de interfaces de 100 Gigabit tanto para backbone como para redes locales. El siguiente nivel de la jerarquía debería ser el formato ODU5, que está planificado exclusivamente para su uso en redes Ethernet de 400 gigabits .
Al desarrollar sistemas de 100 Gigabit, la industria tuvo que superar los siguientes desafíos tecnológicos:
En general, la solución a estos problemas requería una importante inversión en propiedad intelectual, lo que contribuyó a la demora en la comercialización de los productos finales. A pesar de que la mayoría de los fabricantes de equipos ópticos y electrónicos admitieron sistemas de 100 Gigabit durante 2009-2010 y probaron periódicamente sistemas con diversos grados de preparación, la adopción generalizada de 100 Gigabit Ethernet no comenzó hasta 2011.
Dado que la transmisión de una señal óptica en un entorno no lineal ( fibra óptica ) es un problema fundamentalmente analógico, el progreso en esta área se está desacelerando, y mucho más que el progreso decreciente en la litografía de circuitos electrónicos digitales (descrito por la ley empírica de Moore). ). Como resultado, aunque las interfaces ópticas y los sistemas de transporte de 10 Gigabit existen desde mediados de la década de 1990, los primeros intentos exitosos de transmitir flujos de 100 Gigabit en redes ópticas ocurrieron más de 15 años después. Además, los primeros sistemas troncales de 100 gigabits estaban sujetos a una serie de serias limitaciones, incluido el alto costo debido al uso de sistemas láser únicos, así como requisitos significativos de energía y tamaño, que excluían la producción de transceptores en formatos compactos ( como SFP+ ) desarrollado previamente para señales de 1, 2,5 y 10 gigabits.
A mediados de 2011, al menos cinco empresas suministraban sistemas de transporte óptico compatibles con ODU4 (104,794 Gbps) a los clientes, incluidas Ciena (antigua solución de Nortel Networks ), MRV, Alcatel-Lucent , ADVA Optical Networking . El último en sumarse a la lista fue Huawei , que anunció el inicio de las entregas a la empresa coreana KPN en junio de 2011 [18] Se espera que a finales de 2011 dichos sistemas estén disponibles en todos los principales fabricantes de equipos ópticos.
La mejora de los sistemas de transporte óptico para la transmisión de Ethernet de 100 gigabits se producirá inevitablemente en la dirección de reducir su costo, mientras que se pueden utilizar las siguientes tecnologías prometedoras: transmisión conjunta de una señal por dos láseres de 50 gigabits de menor costo en uno dedicado banda de espectro, uso generalizado del procesamiento de señales digitales ( DSP ) para corregir las no linealidades, reducir el número de conversiones optoelectrónicas (OEO) en el sistema de transporte al admitir fuentes de señales externas (lambdas extranjeras), etc.
La presencia de sistemas de transmisión de datos ópticos lineales de 100 gigabits permite reducir la cantidad de longitudes de onda requeridas en los sistemas DWDM y aumentar la cantidad de datos transmitidos a través de la infraestructura de cable existente. Sin embargo, el uso de transporte óptico de 100 Gigabits para transportar flujos de datos paralelos de 10 Gigabits reduce la eficiencia de la multiplexación estadística en redes de paquetes y también requiere muxponder de 10x10 Gigabits para la negociación de formatos. Por esta razón, los operadores de red troncal están mostrando interés en pasar a admitir 100 Gigabit Ethernet directamente en la interfaz del enrutador (conmutador de paquetes).
La dificultad de desarrollar un conjunto de chips que admita 100 Gigabit Ethernet radica en la necesidad de garantizar un alto rendimiento con una carga de interfaz uniforme, independientemente de los parámetros del tráfico entrante y la ausencia de permutaciones de paquetes dentro de un solo flujo IP/MPLS; se cumple este último requisito. al paralelizar una interfaz full-duplex de 100 Gigabit entre varios (dos o cuatro) procesadores de red separados es técnicamente difícil. El diseño de las tarjetas de línea crea dificultades adicionales: debido a los mayores requisitos para el tamaño y la refrigeración de la óptica de 100 gigabits y la escasez de transceptores de 100 gigabits en el mercado, los pioneros de los equipos de red de 100 gigabits se vieron obligados a realizar desarrollos optoelectrónicos independientes o conjuntos para cumplir con las rígidas limitaciones lineales y energéticas de los dispositivos de red modernos. Se espera que a medida que los componentes electrónicos y ópticos comerciales de las soluciones de 100 gigabits ingresen al mercado libre, la lista de proveedores de dichos sistemas crecerá y los precios disminuirán activamente.
Una cantidad significativa de inversión inicial en el lanzamiento de productos de 100 Gigabit Ethernet explica tanto el enfoque inicial hacia equipos de la categoría de precio más alto (clase de operador) como el deseo de los fabricantes de "informar antes de lo previsto" sobre el lanzamiento de productos antes el inicio de la producción en masa, con base en los resultados de pruebas de ingeniería o tecnológicas. Por lo tanto, en la lista histórica de los primeros 100 proveedores de soluciones Gigabit Ethernet a continuación, se indican tanto las fechas del anuncio inicial de los productos IP/MPLS como las fechas de entrega oficiales (sujeto a disponibilidad de información).
Alcatel -Lucent anunció por primera vez interfaces 100 Gigabit 802.3ba para los enrutadores 7450 ESS/7750 SR en junio de 2009; en junio-septiembre de 2010 se realizaron pruebas y demostraciones públicas [19] . Sin embargo, en una presentación del presidente de la división óptica de la empresa, James Watt (abril de 2011) [20] , la Ethernet de 100 gigabits todavía se mencionó solo en el contexto de una demostración a los clientes (T-Systems, Portugal Telecom, 360Networks) . El comunicado de prensa de la empresa del 18 de junio de 2011 [21] se limitó una vez más a los resultados de las pruebas de campo.
Una posible explicación para un retraso tan largo es la arquitectura de los productos de paquete de Alcatel-Lucent, originalmente orientada a proporcionar servicios en el borde de la red (VPLS, PPPoE , estructura de cola avanzada).
De hecho, Alcatel-Lucent fabrica solo una familia básica de enrutadores (Alcatel 7750) comprados a Timetra Networks. En 2011, el único elemento base producido en serie para la familia era un procesador de red de diseño propio FP2 con un rendimiento full duplex de 50 Gb/s. De acuerdo con la documentación de la empresa, también se pueden instalar dos conjuntos de chips FP2 en una configuración opuesta de 100 Gb semidúplex, lo que permite una interfaz Ethernet de 100 Gb sin equilibrio de flujo entre chips. Sin embargo, dicha configuración de hardware está plagada de desequilibrios de carga debido al hecho de que la cantidad de operaciones de entrada (búsqueda de entrada), por regla general, excede la cantidad de operaciones de salida requeridas (búsqueda de salida), lo que puede no ser suficiente para la solución. para trabajar de forma estable en una red real.
En el futuro, Alcatel-Lucent planea migrar la plataforma 7750 al conjunto de chips FP3 de 400 Gigabit anunciado en mayo de 2011 [22] , que puede convertirse en el primer producto real de 100 Gigabit de la compañía basado en la plataforma 7750 actualizada.
Brocade anunció soporte para 100 Gigabit Ethernet en su plataforma MLXe heredada de la adquisición de Foundry Networks en septiembre de 2010 [ 23] . Sin embargo, ya en junio de 2011, Brocade pudo anunciar el primer lanzamiento comercial de su tecnología de 100 Gigabit en el sitio AMS-IX en Ámsterdam [24] , convirtiéndose así en una de las primeras empresas en generar ingresos en el mercado de 100 Gigabit.
La línea MLXe de enrutadores de alta velocidad utiliza procesadores de red y ópticas de terceros; la plataforma soporta un mínimo de servicios tanto en el rango de paquetes (conmutador IP/MPLS básico) como en el rango óptico (variedad de transceptores). Brocade ha posicionado su primer producto MLXe 100 Gigabit Ethernet (tarjeta de línea de doble puerto) en el segmento de precio básico, con una licencia adicional para usar un segundo puerto.
En 2008, Cisco, junto con Comcast , anunció la prueba exitosa de Ethernet de 100 gigabits sobre la infraestructura óptica existente entre las ciudades de Filadelfia, Pensilvania [25] y McLean, Virginia. Se utilizaron enrutadores Cisco CRS-1 y canales ópticos DWDM [26] . Sin embargo, esta demostración no reprodujo un enlace Ethernet full dúplex de 100 Gbps porque el enrutador CRS-1 admite hasta 40 Gbps por ranura. Obviamente, en la prueba de 2008, la carga de la interfaz no podía superar la mitad de la velocidad calculada.
Técnicamente, la primera plataforma de Cisco capaz de ejecutar interfaces de 100 Gigabit Ethernet fue el enrutador CRS-3, con un conjunto de chips por tarjeta de línea y 140 Gbps por ranura. Por esta razón, la primera prueba real de equipos de 100 Gigabit Ethernet de Cisco no tuvo lugar hasta 2010, y los primeros clientes comerciales ( AT&T y Comcast) se anunciaron en abril de 2011 [27] . En julio de 2011, Cisco también realizó demostraciones de interfaces de 100 Gigabit en enrutadores Core Edge (ASR9000) [28] sin anunciar una fecha de entrega.
Huawei dio a conocer un desarrollo "primero en la industria" de una interfaz de enrutador de 100 Gigabit en octubre de 2008 [29] . El siguiente paso de la empresa fue anunciar un sistema completo para transmisión de 100 Gbit/s en septiembre de 2009 [30] . El sistema incluía transporte óptico OSN6800/8800 y tarjetas de línea de enrutador NE5000e de 100 gigabits basadas en el conjunto de chips patentado "Solar 2.0 PFE2A chip" y óptica en el factor de forma CFP . En 2010, se detalló la misma solución usando tarjetas LPU-100F basadas en dos conjuntos de chips Solar 2.0 en una configuración opuesta [31] . Sin embargo, en un comunicado de prensa de la empresa sobre la recepción de un contrato para la construcción de una red IP/MPLS para la empresa rusa Megafon en octubre de 2010 [32] , Huawei informó solo la entrega de sistemas NE5000e de 40 gigabits, “con la capacidad para escalar hasta 100 Gbit » en la ranura.
En abril de 2011, la compañía lanzó un nuevo anuncio de tarjeta de línea para el NE5000e basado en el mismo conjunto de chips Solar 2.0: dos tarjetas de 100 Gigabit LPU-200 [33] . En la descripción de la solución adjunta [34] , se dieron cifras para entregas de la versión 20G/40G del conjunto de chips (120 000 kits Solar 1.0), pero no se dieron cifras para entregas de Solar 2.0. También en un comunicado de prensa sobre la prueba de equipos de 100 Gb en Rusia en agosto de 2011 [35] , Huawei anunció la instalación comercial de sistemas DWDM de 100 Gb/s en KPN y China Telecom, pero no trajo a la base ningún comprador de soluciones de 100 Gb. NE5000e.
Además de los retrasos en la implementación del conjunto de chips para admitir 100 Gb/s, la posición de Huawei también puede verse debilitada por la base NE5000e instalada, la mayoría de las cuales no son compatibles con las nuevas tarjetas con velocidades de 100 y 200 Gb/s por ranura. Por lo tanto, a pesar del anuncio muy temprano de productos de 100 Gigabit, es poco probable que Huawei obtenga ganancias en el mercado de 100 Gigabit en 2011.
Juniper anunció soporte para 100 Gigabit Ethernet en la plataforma T1600 en junio de 2009 [36] . Para entonces, la plataforma T1600 se había comercializado durante dos años y admitía tarjetas de línea de 100 Gigabit (configuraciones de puertos de 10x10 Gigabit). Instalados en noviembre de 2010 en los enrutadores T1600 de la red académica Internet2, los módulos Ethernet de 100 gigabits [37] permitieron a Juniper posicionarse como proveedor líder de productos seriales de 100 gigabits. En el mismo 2010, la empresa demostró el funcionamiento de interfaces Ethernet de 100 gigabits desde el núcleo hasta el borde de la red entre las plataformas T1600 y MX3D [38] .
En marzo de 2011, la empresa comenzó a ofrecer soluciones de 100 gigabits a Verizon [39] ). A juzgar por los informes de los usuarios, durante el mismo período, Juniper también realizaba envíos a clientes más pequeños (p. ej., Janet UK [40] ) y, a mediados de 2011, ya contaba con una importante base de clientes de 100 gigabits. La desventaja del liderazgo en el mercado de 100 Gb de Juniper parece ser su arquitectura de densidad relativamente baja (una interfaz de 100 Gb por ranura, que se ejecuta a través de dos conjuntos de chips paralelos de 50 Gb con el mismo reparto de carga). A fines de 2011, Juniper preparó el inicio de la operación comercial de dos nuevos productos backbone de 100 Gb / s a la vez: la serie T actualizada (T4000) con una velocidad de 240 Gb / s por ranura y el nuevo conmutador PTX MPLS con una velocidad de 480 Gb/s por ranura [41]
El mercado de soluciones de 100 Gigabit para enrutadores en su conjunto repitió la situación con el lanzamiento de interfaces de 10 Gigabit a principios de la década de 2000; de hecho, el pionero en el suministro fue Juniper, varios meses antes que Cisco, su mayor rival. Además, una nueva sucursal de la red de Brocade se unió a la oferta, mientras que el resto de los participantes del mercado no pudieron hacerse un hueco en la primera ola.
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