Die Entwicklung der 100G LR4-Ethernet-Standards

Die Technologie für 100 Gigabit Ethernet (GbE), die Ethernet-Frames mit einer Rate von 100 Gbit/s überträgt, wurde zunächst durch den Standard IEEE 802.3ba-2010 und später durch den Standard 802.3bg-2011, 802.3bj-2014 und 802.3bm definiert -2015-Standards. Die erste 100-G-Spezifikation für 10 km, 100GBASE-LR4, eingeführt im Juni 2010, erfüllte nicht die Anforderungen aller Anwendungen und trieb technische Fortschritte für verbesserte Bedienbarkeit und Kosteneffizienz voran.

Die erste Generation von 100-G-Standards nutzte die 10 x 10 G-Spur für die elektrische Signalisierung. Die nächste Generation verwendete 4 x 10 G-Signalisierung sowohl für die Elektrizität als auch für die Medien. Bezüglich der Übertragungsentfernungen unterstützen verschiedene Standards unterschiedliche Übertragungsentfernungen. Auch die Verpackungsformfaktoren haben sich im Laufe der Zeit erheblich verändert.

Laut John D'Ambrosia, Vorsitzender der Ethernet Alliance und leitender Chefingenieur bei Huawei, verwendeten die ersten Implementierungen den CFP-Formfaktor (C-Form-Faktor-Pluggable), der als zu sperrig für Rechenzentrumsanwendungen mit hoher Dichte galt. Heute, QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable), ein kompakter, Hot-Plug-fähiger Transceiver für Datenkommunikationsanwendungen, ist der vorherrschende Formfaktor für 100GBASE-LR4.

Es kam auch zu einer Verringerung der Breite der elektrischen Schnittstelle. Die ursprüngliche elektrische Schnittstelle mit 10 x 10 Gbit/s wurde auf vier Spuren mit jeweils 25 G reduziert, um eine elektrische Schnittstelle mit 4 x 25 Gbit/s zu realisieren. D'Ambrosia weist darauf hin, dass die IEEE 802.3 Ethernet Working Group derzeit über eine Aktivität diskutiert, die dies auf eine einzige Spur mit 100 Gbit/s reduzieren könnte.

Ein weiterer Wandel ist die Einführung von Singlemode-Faserlösungen mit kürzerer Reichweite, eine Verschiebung, die auf Kosten- und Leistungsreduzierungen zurückzuführen ist. Der PSM-4-Ansatz zielt auf 1 km unter Verwendung von vier parallelen Singlemode-Lichtwellenleitern in jede Richtung ab. Das Coarse Wavelength Division Multiplexed 4 x 25 G Multi-Source Agreement (MSA) zielt auf eine Reichweite von 2 km ab und nutzt einen optischen Multiplexer und Demultiplexer, um die Anzahl der Fasern auf zwei zu reduzieren. Die Entwicklung der beiden Architekturen verlief parallel.

Während 100GBASE-LR4 Da die optische Spezifikation nicht auf der Vorwärtsfehlerkorrektur (Forward Error Correction, FEC) beruht, haben sich Branchen-MSAs entwickelt, die FEC für geringere Kosten, größere Reichweiten und verbesserte Interoperabilität nutzen.

Außerhalb 100GBASE-LR4IEEE formuliert optische Spezifikationen für 200GBASE-LR8 und 400GBASE-LR8, die auf 200 GbE und 400 GbE abzielen und auf 4 x 50 Gbit/s bzw. 8 x 50 Gbit/s basieren. Diese neuen Geschwindigkeiten plus 100 GbE wecken großes Interesse an Lösungen, die sowohl elektrisch als auch optisch ausschließlich auf 100 Gbit/s basieren. Optische 1 x 100 Gbit/s und 4 x 100 Gbit/s sind in IEEE 802.3 bereits im Gange, und auch in einem frühen Stadium gibt es Diskussionen über die Entwicklung einer elektrischen Signalisierung mit 100 Gbit/s pro Spur.

„Mit der elektrischen und optischen 100-Gbit/s-Technologie sehen wir die Chance für die Branche, zum ‚Heiligen Gral‘ der Optik zu migrieren, über den die Ethernet Alliance seit Jahren diskutiert – die Weiterentwicklung der gesamten 100-Gbit/s-Lösung ein SFP-Formfaktor“, sagt D'Ambrosia.

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