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2015年4月18日

[文以載道篇] 10 Gigabit Ethernet 的介紹

這篇文章原本發表於 2002 年 8 月 12 日。

當時最普遍的上網方式,是 512K/64K ADSL,一個浮動 IP 每個月 NT$898 元,因為這是篇科技文,為了避免誤導,必須加上一些補充或更正。


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 * 也要寫一些 "文以載道" 的文章
 * 所以我就寫了.. 嘿嘿
 * 建議你不要轉載這篇文章
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2002 年 6 月 17 日,IEEE 正式 100% 認可了 802.3ae,也正式宣佈了 10 Gigabit Ethernet 的降世;其實在這之前,包括 Cisco、Extreme 等大廠就紛紛推出了 10GE 的產品,並且甚至都已經做了相容性的測試,IEEE 的宣示,只是確認了 10GE 的各項規格,讓所有的廠商有確認的標準可以遵循。

在過去,Ethernet 似乎是侷限在區域網路 (Local Area Network),但隨著 Ethernet Switches 的進步,都會網路 (MAN, Metro Area Network) 大量採用 Ethernet 的技術;廠商紛紛發現,在現行的技術上,Ethernet 可以很輕易的提供 1Gbps 的速度,但是 SONET、ATM 等其他向來使用在 WAN 上的技術,卻過於昂貴與複雜。

Ethernet 狹著各大廠的支持,以 Ethernet 為主要架構的 MAN,一路在美洲、歐洲、亞洲漫燒,以矽谷灣區的 Yipes 這家公司為例,直接使用 Ethernet 連接每一個客戶,當然,客戶可以選擇他們想要的速度;而由於 Ethernet 隨便就是可以到 100Mbps 的特性,客戶可以由網路上面直接調整他們想要的 Internet Access 頻寬,並且可以幾乎 "立即" 的提升到客戶所要求的頻寬。
  Yipes 在 2007 年被印度公司 Reliance Communications 併購

在過去的技術裡面,就算您有大把的銀子,想把 T1 (1.544M) 提升到 T3 的頻寬,恐怕得花上個把個星期吧!

這就是 Ethernet 的魅力,很便宜、很容易懂,而且又有很高的頻寬 (對於現有的 WAN 來說)。

因此有人大膽的預測,在未來的網路環境中,會只有 DWDM 和 Ethernet 兩種技術;不知道會不會這樣,但至少,已經有 "國家級" 的網路骨幹,是單純的使用 DWDM + Ethernet 構成的。
看 2015 年 TWNIC 的國內 85 個連線單位的連線頻寬統計,幾乎都是 Ethernet 了,只有一點點 SDH (STM-1、STM-4…),和一點點 E1、T1 的專線,至於為何也有為數不少的 SDH?看下去就知道。

OK,把話題回到 10GE。

早在設計 10GE 的時候,就不把 10GE 侷限在 LAN 的環境中了。

10GE 和 Ethernet 一樣,從 Layer 2 一路向下,有 MAC、AUI 和 PHY 這幾層;值得特別介紹的是 PHY 這一層。

為了與現有的 WAN 介接,10GE 在 PHY 這一層,設計了使用 WWDM 的 LAN PHY 和 serial 傳輸的 LAN PHY、WAN PHY 至少三種不同的 PHY。

WWDM LAN PHY 使用的編碼方式,使用四個波長,並且採用 8B/10B (10 個 bits 裡面,8bits 是資料),而 serial 的 LAN/WAN PHY,都是使用效率較好的 64B/66B 編碼。

在實際使用的傳輸線路上,有多膜光纖 (MMF) 使用 850nm,或者單膜光纖 (SMF) 使用 1310nm 或 1550nm;當使用 SMF 和 1550nm 時,距離可達 40KM。

其中,WWDM 的 LAN PHY 並沒有設計使用 MMF 的界面。

最讓人有疑問的是,為什麼要分 LAN PHY 和 WAN PHY?

在 WAN PHY 的編碼上,除了 64B/66B 以外,還有個 WIS 的的規格,也就是完整的稱呼應該是 64B/66B+WIS,LAN PHY 則沒有 WIS。

WIS 的功能,是將 Ethernet 的封包 "SONET 化",也就是透過 10GE 的 WAN PHY 送出的封包,是可以在 SONET 中傳輸的,在 10GE 的規格中,這個封包是和 SONET OC-192c/SDH VC-4-64c 相同的。

強調一點,這邊提的並不是 10GE 可以和 SONET/SDH 相容,僅是 10GE WAN PHY 送出的封包,是可以讓 SONET/SDH 解讀的。


這樣設計的目的是,10GE 可以輕易和現有的骨幹 SONET/SDH 並存。
看到這裡,就知道為什麼 2015 年 TWNIC 的統計,除了 Ethernet 以外,就是 SDH 了 ,猜想是提供語音服務。

綜合以上所述,10GE 有不同的 PHY (WWDM LAN PHY、serial WAN/LAN PHY) 和不同的實體線路 (MMF、SMF/1310nm、SMF/1550nm),為了避免混淆也方便稱呼,10GE 也有不同的名稱。

以 10GBASE-xyz 的形式涵蓋各式各樣的 10GE 規格,其中 x 代表的介質 (Short/Long wavelength/Extra-long wavelength)、y 代表的是編碼和封包組成方式 (X: 8B/10B WWDM LAN PHY、R: 64B/66B LAN PHY、W: 64B/66B+WIS WAN PHY)、z 代表的是使用之波長 (1: serial,可省略、4: 四個波長)。

例如,使用 SMF 1310nm、LAN PHY 和 serial 傳輸的 10GE,就叫做 10BASE-LR1,因為代表 serial 的 "1" 可以省略,所以叫做 10GBASE-LR。

這樣子,就可以很輕易的從 10GBASE-xyz 了解這個 10GE port 使用的是怎樣的規格,總共有七種不同的 10GBASE-xyz 組合。

接下來的問題,因為有七種不同的組合,使用者要選擇到長久可用的 10GE port,或者廠商要生產正確的 10GE port 都很麻煩。

這一方面,也由眾多廠商支持的 XENPAK 界面正在成形中,這個界面宛如 Gigabit Ethernet 的 GBIC 界面,未來客戶只要根據需求,使用不同的 XENPAK 界面就可以了。

總結以上所述,10GE 的改變,在於他可以輕易的侵佔過往由 SONET/SDH 把持的 WAN 骨幹,而 XENPAK 界面,預期也將大幅降低 10GE 的決策成本。
不過近來廠商比較愛用 XFP、SPF+,XENPAK 迅速的失寵中。

未來,Ethernet 是否會朝向 100Gbps 邁進?這很難講,不過今年年底,也許就會有 40 Gigabit Ethernet 的技術問世。
40 Gigabit Ethernet 似乎隔了很久才出現,第一片 40 Gigabit Ethernet 網路卡可能是在 2009 年 9 月才問世,2010 年 802.3ba 定義了 40G 和 100G Gigabit Ethernet 的標準,規劃上用 40G 連接 servers,100G 作為網路的連接。

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 * 有 "文以載道" 的感覺嗎?
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