业界深入探讨100GbE的优势

去年七月，IEEE 802.3工作组成立了专门的高速研究小组（HSSG），以确定开发100GbE技术标准的时间表。去年十一月，小组投票确定了时间，现在开始了真正的工作。
谁会成为继10Gbits/sec之后的速率标准？最初人们对这一问题的回答是，40Gbit/sec的SONET/SDH应该是当之无愧的下一代标准，而不是以提高10倍速率为目标的下一代以太网技术。不过以太网的支持者认为，既然下一代技术能够获得10倍于10Gbits/sec的速率，那就没有必要支持仅仅4倍速率的提升。

图1：IEEE 802.3 HSSG正在讨论采用低速率并行方式实现100GbE的标准。而Infinera的集成光路（PIC）技术对100GbE的部署有着非常重要的意义。
当然，虽然主要的互联网和电信运营商都认为未来网络的容量需求非常大，但仅说一句“我们需要10倍于当前的速率”是远远说服不了任何人的。100GbE要想真正走向台前，必须解决很多40Gbit/sec已经解决的技术问题，并开发新的技术。这确实是一个颇具挑战性的问题。不过，一些设备制造商已经宣称至少在近期就可以解决部分技术问题。

并行与串行的较量
虽然单波长串行传输100GbE的带宽利用率最高，但业内专家普遍认为，并行传输将是使100Gbits/sec成为现实的最快捷方法。这么看来，在最初的部署阶段，100GbE很可能是由多条低速线路并行构成。
北电公司（www.nortel.com）的高级标准顾问Peter Anslow解释说：“100GbE可能会成为第一个单线路速率超过所有客户总速率的链路。”目前，除了并行10GbE LX4 PMD标准外，以太网的单用户速率与总线路速率一直同步发展。但是，很多人认为将100GbE的用户和线路速率解耦可能会对它初期的发展更有利一些。现在提上议程的方案包括10×10、5×20、4×25和串行四种。
40Gbit/sec单串行方案面临的最大挑战是，其高速比特速率导致的物理损害会非常突出。以色散为例，色散随着比特速率呈指数增长，40Gbit/sec线路的色散是10Gbit/sec的16倍，以此推算，100Gbit/sec串行线路的色散将达到10Gbit/sec的100倍。如果采用低速率多线路并行的方式，自然可以减弱这些物理问题。10×10线路可以比1×100更容易管理色散。
而且，Infinera（www.infinera.com）的技术营销与业务发展副总裁Serge Melle指出，低速率多线路并行方式比串行方式具备更高的弹性。如果100GbE串行信号中断，那么所有的数据就会丢失；而如果10×10线路中有若干个子线路中断，那么信号传输不会完全中止，只不过速率降低一点而已。
Infinera目前在10×10部署方案中独占鳌头，其方案模型已经在Level3网络中得以证实。本文第四节“基于商业网络的100GbE演示系统”会对此做详细介绍。
不过，光电子工业开发组织（www.oida.org）的营销与市场开发副总裁David Huff对此有不同看法。他认为基于XENPAK模块可以很容易的开发5×20Gbit/sec收发器，因此5×20这种方案应该是更好的选择。随着业界对5×20 方案器件的不断研究，它的机械、电子及散热问题会逐渐得到解决。
然而，并不是并行方式的所有优势都有价值，至少不能只用现有的技术去实现。Per Hansen是ADVA Optical Networking（www.advaoptical.com）的业务发展主管。他阐述道：“例如在国家骨干网中，并行方式节约成本的程度并不明显。从2.5G升级到10G，速率提升了3倍，而成本只提高了1.5到2倍。升级到40G也是一样的，但是如果采用并行方式，成本是否能控制到这个水平并不确定。”

关键技术
Level3首席架构师Joe Lawrence宣称，公司正从客户那里看到巨大的高速连接需求。他声称，采用已有的链路汇聚技术，Level3网络正在两个城市之间运营8×10Gbit/sec传输线路。我们不禁要问，既然电信运营商已经开始采用多路并行传输线路，那他们从这些线路中到底获得了多少利益呢？
“采用一块芯片实现多路信号处理的技术正在成为现实。”Lawrence解释道：“只为一块芯片分配一个波长的时代即将过去。而且，封装技术也在不断发展，所以总成本必然会不断降低。”
当然也有人抱有异议。对大多数人而言，40G与100G之间的争夺，虽然技术问题还很突出，但并不是最主要的。经济才是最要紧的问题。Verizon Business（前身为MCI）已经积极推进一个40G项目一段时间了。Glenn Wellbrock是Verizon Business的网络技术发展经理。他承认说：“这两三年来，我们已经在实验室和外场测试中投入了巨大的精力，在可接受的距离已经完成了40G传输试验。但是，这项技术还无法转化为产品。阻碍这项技术走向市场的原因很简单，就是成本还得不到有效控制。在性价比达到要求之前我们不会将它推向市场。”
据说，使用分立器件（10个激光器、10个模块等）部署10×10链路的成本非常高。为了实现光子集成，几家公司做出了很多努力并取得了显著进展，Infinera是其中的佼佼者。他们正在世界范围内推广采用集成光路（PIC）的DTN系统。这种PIC可以同时接收和发送十路10Gbits/sec信号，总带宽达到100Gbits/sec。就在去年三月，Infinera宣布了一块集成240个光器件、速率达到1.6Tbit/sec的芯片在实验室中试验成功。
初创公司Luxtera（www.luxtera.com）凭借一种集成4个10Gbit/sec波长于一根光纤的复用器，也进入了光子集成市场。公司发言人称，采用集成InP激光器和标准CMOS电路的方法，四个单波长10Gbit/sec收发器集成在一起，比已有的高带宽并行链路的成本降低不少。他还指出，这种技术为100GbE铺平了道路。
另一项被广泛视为40Gbit/sec，乃至串行100GbE的关键技术是先进的调制方式。这种方式同时调制信号的强度和相位，以尽可能减轻色散的影响。Huff说：“如果要我为100GbE串行或单波长传输选出一种关键技术，我会选DQPSK技术。”
DQPSK，又称差分四相相移键控。最近ECOC的一篇论文宣称，朗讯贝尔实验室采用DQPSK技术实现了10条信道共107Gbits/sec传输2000公里。研究人员报道称，采用与40G网络相似的铌酸锂调制器和DQPSK技术，保证了107Gbits/sec的传输。他们还称，采用商业成熟产品搭建此传输平台对串行100Gbit/sec技术的实现有着非常重要的现实意义。

电信运营商的观点
电信运营商对带宽需求的增长毫不怀疑。“当我们审视未来时，”Level3的Lawrence说：“我们发现网络扩容的核心目标并不是拥有10000个接口，而是能够保证两个大城市之间极高容量的互连。”
谈到Level3对100GbE传输的热情时，Lawrence说：“一旦100GbE应用的时机成熟，我们会马上在大范围采购和部署这项技术。”
在这段过渡期，电信运营商都在密切审视IEEE 802.3 HSSG的工作进程。Lawrence承认：“如果100G能够实用，但无法被WDM系统承载，那么其结果可能会很悲惨。我并不是要求100GbE必须具有和SONET或已有的LAN PHY一致的数据结构。为了使用100G我可能必须买一块100G网卡，但是在10G WDM系统中增加新的10G线路，采用不同的包结构或数据结构，同样可以获得很高的速率。”
而且Level3在偏爱10×10方案的同时，还相信最经济的选择是它可以被大量部署。“探讨在100GbE或40G之间究竟选择谁的问题的时候，”Lawrence说：“你在100G后面加了一个E。对我来说E就意味着大量部署。我记得你说过100G以太网会成为最经济的方案。”
因此，Lawrence说Level3会采用IEEE选择的任何标准。他主张：“我们会在标准组织内部不断讨论，但是不论他们最终选择谁，我们的目的只是保证这项技术可以在我们的网络中运行。”
Verizon Business曾经是40G技术的领先者，现在也不得不考虑它的经济性。“曾经有人问我，‘可不可以直接跳过40G’。我的回答是，不可以。”Wellbrock说：“我们需要40G，而且我们需要客户追随40G。”当初网络从2.5G升级到10Gbit/sec时，就对新一代设备提出了需求，包括技术投资、革新以及研发。Wellbrock相信，从40G升级到100Gbit/sec，“对客户来说，会比从10G升级到40G容易些。”他说，“这将是飞跃性的一步，不可能在一夜之间完成。但是凭借从10G向40G升级的革新技术与工具，这一步一定可以走的出去。”
Wellbrock认为从10G升级到40Gbits/sec，带宽确实提升了4倍。但是他又说，如果Verizon Business能够用比40G更低的成本实现100GbE，其经济吸引力将是非常巨大的。100G传输系统会采用更少的设备，产生更少的错误，因此易于管理，节约成本。“这可是一件非常好的事情。”Wellbrock说：“即使设备的价格比10G高4到5倍，每比特的成本还是会降低。现在制造商正在尽其所能去提高40G的性价比，保证在盈利的前提下推广此项技术。”
Lawrence作为电信运营商的代表，希望看到技术上稳健可行、性价比高的提高带宽的方法。他说：“这可不是WAN PHY和LAN PHY之间的较量。我们不能只说一句‘跟着SONET走’就达到目的。我们必须说‘只要是有需求的，我们就会采用。’而且我们还必须改进现有WDM系统去适应高速技术。”

基于商业网络的100GbE演示系统
去年11月，在美国佛罗里达州坦帕召开的SC06国际会议上，Infinera与Finisar、Level3 、Internet2以及UCSC一起，现场演示了一套系统。据称这套系统第一次成功实现了100GbE传输。
这套系统在Level3已有的DWDM网络上传输，从佛罗里达州坦帕出发，到达德州休斯顿后再回到坦帕，全程距离为4000英里。
Joe Lawrence介绍说，目前8路10Gbits/sec通过链路汇聚技术在Level3网络中传输。而新的演示技术要更复杂。“这项技术不是在链路汇聚层，而是在MAC层打包。”他说，“所以不是简单的用10个10G汇聚成一个100G。我们已经在IP网络中实现了10×10汇聚。新的演示技术完全是一个100G单通道。”
UCSC的研究人员提供了100GbE MAC和包排序算法，以实现串行数据流用多路波长传输时的先后顺序。算法解决了因光信号变化导致的信号歪斜问题，而这个问题是链路汇聚方法的弊端之一。
采用Infinera建议的方法，10路10Gbits/sec并行信号被合并为一个数据流。Finisar提供XFP光收发器，将10路10Gbit/sec电信号转换为光信号。然后，信号被送入Infinera已商用的DTN交换WDM系统，通过Level3的网络实现传输。
Lawrence承认，这套系统目前“还不够经济。这只是一个演示系统。不过还是有很多可取之处。”他说，“这套系统中的WDM部分并没有做特殊修改，”Level3的网络也没有为100GbE做特殊变化。
Serge Melle是Infinera技术营销与市场副总裁。他认为这套演示系统的影响非常深远。首先，这套系统说明10倍以太网速率的升级在技术上是可行的；其次，“我们认识到以太网协议还有很多优势，所以一直追随SONET是没有必要的。”他还说，“业界对以太网和SONET的态度是一致的，即以太网接口的成本要比IP核心路由器和SONET结构相结合低得多。”

香港交易所采用北电
DWDM解决方案
2007年3月16日——香港证券交易所采用了北电的高带宽DWDM技术，提升其服务衍生产品市场骨干网络的速度和可靠性。为应付与日俱增的交易量，香港交易所决定提升其信息技术基础架构。采用北电的光纤DWDM方案Optical Metro 5200，将使香港交易所进一步促进其衍生产品市场的业务发展，改善灾难恢复功能，更可为其它信息技术系统的未来整合提供一个安全、可靠的网络平台。
Optical Metro 5200属于北电城域以太网方案组件之一，为DWDM数据优化多元化平台，能提供32个波长，并且具备10G的扩展能力、子速度多路复用功能，以及网络管理和模块工具，以简化部署高效率的DWDM城域网络。