802.3标准探究
802.3ba  (2010.6)
40G/100G和10G以太网相比较,主要在光电接口和物理层方面有区别。
802.3ba物理层规范
前缀“40GBASE”表示物理层设备支持端口速率为8023的含意40Gb/s,前缀“100GBASE”表示物理层设备端口支持速率为100Gb/s;字母“R”表示物理层设备在PCS子层对多路数据采用64B/66B编码;字母“C”表示支持10m以上的铜质电缆介质传输;字母“K”代表支持电信号在1m以上的背板传输;字母“S”表示支持100m以上的多模光纤传输;字母“L”代表支持10km以上的单模光纤传输;字
母“E”代表支持40km以上的单模光纤传输;规范后面的字母“4”或“10”代表电通道或光通道的数目,如果没有数字表示端口只有一个通道。
IEEE802.3ba标准要求在一条40G/100G信道复用多条通道(Lane)来实现传输。40GBase—SR4和100GBase—SR10在发送端分别把40G/100G数据流分成4对和10对10G码流到并行通道,在接收端再分别把并行通道的码流重组成40G/100G数据流。40G以太网采用12芯光纤,每个信道拥有4芯发射光纤和4芯接收光纤,中间4芯光纤闲置。100G以太网采用24芯光纤,分为两个12芯阵列,一个阵列用于发射,另一阵列用于接收。每个阵列中,中间10芯光纤用于传输流量,而外侧2芯光纤闲置。
IEEE802.3ba物理层体系结构图:
PHY设备由物理编码子层(PCS)、物理介质接入层(PMA)和物理媒体相关层(PMD)组成。对于采用背板或者铜缆链接的PHY层也包含了自协调子层(AN)和前向纠错子层(FEC)。
PMD子层根据带宽、距离和使用范围的不同,制定了不同的物理层规范,40Gb/s采用4通道并行,每通道实现10Gb/s,100Gb/s速率采用10通道并行,每通道10Gb/s及4通道复用(单模光纤),每通道实现25Gb/s。4×10G和10×10G的短距传输,通常采用并行光纤或者粗波分复用传输,可利用成熟的10G以太网器件,但并行多模封装密度过大及功耗过大问题需要解决。4×25G中长距传输,采用4路波分复用到一根光纤上传输,因编码调制技术和串并行转换技术各厂商产品间的标准还不兼容,还没有成熟通用的模块产品。
PCS子层连接PMA子层与媒体独立口MII,采用64B/66B编码和多通道分发(MLD)机制,PCS子层通道数为20。标准中将PCS独立出来,是为了在DWDM接口不兼容的情况下更好地利用电接口来实现编解码功能,同时也简化了光模块的设计。MLD在分发数据过程中采用通道标识(1anemaker)来标识PCS通道,并循环分配数据到多个PCS通道中。PCS子层是IEEE802.3ba中承上启下的关键子层。
PMA子层使用附件单元接口AUI和并行物理接口PPI完成PCS虚拟通道和PMD物理通道的复用功能。对于100Gb/s的10×lOGb/s实现,PMA将20路虚拟通道直接复用成10路物理通道,实现4×25Gb/s,PMA将2O路虚拟通道复用成10路物理通道,再复用成4路物理通道,标准根据物理接口介质的不同提供弹性机制和扩展性,并为在接收端进行解码创造了条件。
802.3az(2010.9)
为了控制以太网能耗,电子电气工程师协会IEEE正式批准了 802.3az规范。
基本思路是在无数据传输时让链路进入低能耗的休眠模式(Low Power Idle),而在新数据分组到达时快速将其唤醒。图1给出了高能效以太网的工作示意。其中,Ts表示进入休眠所需要的时间,Tw表示唤醒链路所需的时间,Tr表示刷新时间,用于定期刷新接收器的状态,以保证接收器单元与信道环境保持一致。空闲时,以太网就进入低能耗状态,低能耗模式下的能耗通常为正常模式的很小一部分(约10%)。EEE由物理层的LPI协议实现,在LPI模式下链路两端设备在链路利用率较低时能进入节能状态并且能在切换LPI模式时不改变链路状态,不出现丢帧现象。

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