10G以太網光接口及其實現

10G以太網光接口及其實現20236月，IEEE通過了10Gb/s速率的以太網標準——IEEE802.3ae[1]4個階段，即以太網、快速以太網、千兆以太網和10G以太網(10GE)階段。10G以太網作為傳統(tǒng)以太網技術的一次較大的升級，在原有的千兆以太網的根底上將傳輸速率提高了0倍，傳輸距離也大大增加，擺脫了傳統(tǒng)以太網只能應用于局域網范圍的限制，使以太網延長到了城域網和廣域G以太網的優(yōu)點在于保IEEE802.3以太網媒體訪問掌握(MAC)10G以太網主要有以下特點：只工作在全雙工模式；增加了廣域網接口子層(WIS)，可實現與SDH的無縫連接。10G以太網技術適用于各種網絡構造，可以降低網絡的簡單性，能夠簡潔、經濟地構建各種速率的網絡，滿足骨干網大容量傳輸的需求，解決了城域傳輸“瓶頸”問題。由于局域網、城域網、廣域網承受同一種核心技術，避開了協議轉換，實現了無縫連接，因此10G以太網是實現將來端到端光以太網的根底。10G以太網光接口10G以太網標準中關于物理接口有3種類型：802.3ae，定義了在光纖上傳輸10G以太網的標準，傳輸距離從300m40km。IEEE802.3ak，定義了在對稱銅纜上運行10G以太網的標準，傳輸距離小于15m，適用于數據中心內部效勞器之間的連接應用。(3)IEEE802.3an，定義了基于雙絞線作為媒質的10G100m，目前該標準正在制訂中。3種類型中，基于IEEE802.3ae標準定義的10G以太網光接口，可以依據光纖類型、傳輸距離等進一步細分7種類型，如表1所示。此主題相關圖片如下：1所示接口類型中，10GBASE-LX4(CWDM)技術，把12.5Gb/s的數據流分成43.125Gb/s的數據流在光纖中傳播，由于承受了8B/10B10Gb/s。這種接口類型的優(yōu)點是應用場合比較敏捷，既可以使用多模光纖，應用于傳輸距離短對價格敏感的場合，也可以使用單模光纖，支持較長傳輸距離的應用。10.3Gb/s。10GBASE-SR850nm300m；10GBASE-LR10GBASE-ER分別使用1310nm和1550nm10km40km，適用于城域范圍內的傳輸，是目前的主流應用。10GBASE-SW、10GBASE-LW10GBASE-EWOC-192SDH一樣，物理層使用了64B/66B的編WIS把以太網幀封裝到SDHSDH的無縫連接。10G光模塊10G以太網光接口的功能完全可以由一個光模塊來實現10G/電轉換、時鐘提取和同步、復用/解復用、64B/66B編解碼、WIS、8B/10B編解碼等子功能模塊。LIGHTREADING[2]顯示，10G光模塊將是將來幾年最具市場潛力的光器件。在應用比較廣泛的10G光模塊有以下幾種：。其中300pin屬于第一代模塊，主要應用于SDH，把電接口改成10G16位接口(XSBI)后也10G以太網；Xenpak10GIEEE802.3ae標準中的10G附加單元接口(XAUI)作為數據通路；XpakX2Xenpak40%左右；XFP化可拔插光模塊(SFP)300pin光模塊在10GXenpak、Xpak、X2XFP4種光模塊。Xenpak光模塊Xenpak光模塊的功能框圖如圖1所示，分別對應IEEE802.3ae標準中的10G(XGXS)、PCS、物理媒體附加子層(PMA)和物理媒體相關子層(PMD)的功能。Xenpak光模塊通過70pinSFPXAUI接口；Xenpak支持全部IEEE802.3ae定義的光接口，在線路端可以供給10.3Gb/s、9.95Gb/s4×3.125Gb/s的速率。Xenpak光模塊封裝在一個4.8×1.4×0.7立方英寸的空間內，內置1310nm的半導體分布反響(DFB)激光器，承受直接調制方式，無內嵌溫度掌握裝置。XenpakG.652的單模光纖上傳輸距離可以到達10km10G以太網端口的主流產品。除光電部是k內部的另一個重要的功能部件kXenpak光模塊體積較大，功耗也較大。Xenpak光模塊的應用比較簡潔，只用一個光模塊即可實10G以太網光接口的功能。其電路設計的難點在于高速數據接XAUI的設計，XAUI接口包括83.125Gb/sXAUI接口的性能直接影響到系統(tǒng)的轉發(fā)性能。XpakX2光模塊XpakX2光模塊都是從XenpakXenpak根本一樣，在電路板上的應用也一樣，都是使用一個模塊10G以太網光接口的功能。由于Xenpak光模塊安裝到電路板上時需要在電路板上開槽，實現較簡單，無法實現高密度應用。pakX2光模塊經過改進后體積只有Xenpak的一半左右，可以直接放到電路板上，因此適用于高密度的機架系統(tǒng)PCI網卡應用。k和2光模塊可以供給兩種電路接口I，即可以用于GOC-192H和?？蒟pakX2是格外相近的標準，X2Xpak的改動主要反映在導軌系統(tǒng)上，業(yè)界人士普遍認為兩種規(guī)格會最終融合到一起。XFP光模塊和芯片制造商Broadcom、Maxim、Velio等，在20233月成立了PP是外形最緊湊本錢是最低廉的光模塊，因此具有很大的優(yōu)勢P已被認為是繼kX2XFP光模塊產品。P的功能框圖如圖2所示，與其他幾種光模塊相比Ponder/電信號的轉換，其他功能如復/解復用、64B/66BXFP光模塊可輕松實現高端口密度的應用，由于XFP占用印刷電路板(PCB)的面積只有Xenpak20%，功耗只有1.5～2W，因此可用于實現最多16端口的線卡。此主題相關圖片如下：3所示是分別使用XenpakXFP10G以太網接口的比照Xenpak相比，XFP雖然要和物理層(PHY)此主題相關圖片如下：XFP只是一個光收發(fā)器，所以與協議實現無關，可以普遍適用10G以太網、10GFC和OC-192SDH，應用的普遍性有利于設備制造商提高選購量，從而到達降低本錢的目的。此外P激光器偏置電流、發(fā)送光功率、接收光功率、工作電壓等。4種光模塊優(yōu)缺點比照光模塊可按其內部構造和功能分成兩類、k和2P是光收發(fā)器類。這兩類光模塊表達了兩種不同的設計思路，兩者各有優(yōu)缺點：光收發(fā)模塊的優(yōu)點是集成度高，電路設計實現簡潔，電路設計工程師可以將主要精力放在系統(tǒng)設計上，不必為器件在電路上的實現花費太多的精力；缺點是功耗大、體積大，限制了PCB板上安裝光模塊的數目10Gb/s速率、12英寸傳輸距離的XFI接口。此外，XFP光模塊要求能夠同時支持低價位短距離和高性能長距離的應(600m40km)。目前來看，由于XenpakXAUIXpak、X2雖然在Xenpak的一半，但本錢也比Xenpak光模塊高，只能作為一種過渡性的產品消滅XFP光模塊的消滅和技術的飛速進展廠商都已放棄、2P光模塊。從目前各光模塊廠商的出貨狀況來看kk應用較少，而XFP的增長則格外快速。10G以太網交換機的實現20239“863”打算工程“10Gb/s”，并在國內首家推出了符合IEEE80ae10G以太網交換機ZXR10-6610。ZXR10-661010G平臺實現，轉發(fā)容量到達120Mp/s10G以太網、1000/100M以太網、10GRPR、OC-192/OC48POS等多種業(yè)務類型接入，具備高牢靠性、平滑的升級力量和良好QoS(MPLS)、虛擬專用網(VPN)、網絡地址轉換(NAT)、策略路由等多種應用。ZXR10-6610中，10G10G端口的線速性能，轉發(fā)板承受10G網絡處理器實現，功能框圖4所示。此主題相關圖片如下：4中，10G網絡處理器和10G以太網光接口是完成高速數據轉發(fā)的核心部件。系統(tǒng)承受了其次10G網絡處理器，單芯片具備全雙工10Gb/s的數據處理力量，既可以供給像專用集成電路芯E光接口承受了符合10GBASE-LRXenpak光模塊來實現。Xenpak光模塊的應用比較簡潔，其外圍接口包括：用戶光纖連接(SC)、XAUI接口、治理數據輸入輸出接口、電源等10GE光接口局部的設計難點在于XAUI接口的設計，由于其性能直接影響到系統(tǒng)的轉發(fā)性能，因此是設計中必需要解決的關鍵技術。ZXR106610XAUI接口設計上實行了以下措施：為降低線路噪聲干擾()的串行線承受電源作為參考平面()的串行線承受地作為參考平面，有效地提高了接口性能。嚴格掌握高速差分線的傳輸阻抗，要求單端阻抗掌握0，差分阻抗為0。(3)(3)保證差分對內的信號線布線長度全都，要求掌握2mil以內；各差分線