Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 30

Power-LANs: 40/100 Gigabit Ethernet nach IEEE 802.3ba

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APL

APL bedeutet: Aggregation at the Physical Layer. Das PME Aggregationskonzept von 802.3ah kann dazu benutzt werden, existierende 10 GBASE PHYs zu aggregieren.

APL setzt Full-Duplex Links gleicher Geschwindigkeit Punkt-zu Punkt voraus. Beim „Durchgang“ durch eine APL-Zwischenschicht müssen die Ethernet-Pakete fragmentiert werden, es müssen entsprechende Formate und Fragment-Header definiert werden. Die Fragmente werden am Ziel in der richtigen Reihenfolge ausgeliefert und wieder zusammengesetzt, sofern sie nicht beschädigt sind. APL ist an und für sich ein skalierbares Konzept und für quad/oktal Multiport-PHYs gedacht.

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Das Fragmentieren und der Wiederzusammenbau führt zu zusätzlicher Latenz. Meines Erachtens nach ist dies ein Versuch, 10 GbE-Transceiver in größerer Zahl zu recyceln, aber kein ECHTEs 40/100 GbE – so etwa in der Art, wie IEEE 802.11n ja auch bis zu vier 11a-Transceiver mit MIMO zusammenschaltet und das dann optimiert, anstatt echtes Gigabit Wireless zu definieren.

40/100 GbE MMF PMDs

Konzentrieren wir uns jedoch zunächst auf die Möglichkeiten zur Benutzung von MMF.

Das Ziel ist: wenigstens 100m auf OM3 MMF für 40 und 100 GbE. Es gibt hier verschiedene Lösungsmöglichkeiten, favorisiert werden parallele Fasern bei ungefähr 10 GbE pro Faser, angesteuert durch ein VCSEL-Array bei 850 nm. Das bedeutet eine Kombination von existierender linearer 10 GbE-Technologie und existierender paralleler 12 X 2,7G oder (4+4) X 2,5G -Technologie. Beide funktionieren gut und sind preiswert. Betrachtete Alternativen sind

  • 10X (4X) 10,3 Gbaud (64/66) sowie
  • 12 X 10 Gbaud (8B/10B) oder WDM z.B. mit zwei Wellenlängen zur Kostenreduktion bei den Kabeln

Vorteile sind geringer Leistungsbedarf, ca. 1,5 W für 40, 3W für 100 GbE, kompakte Bauform und geringe Kosten.

Nachteil der Konstruktion ist: es werden mehrere parallele Fasern benötigt. Bei 40 GbE mag das mit 2 oder 4 noch angehen, bei 100 GbE werden es mit 5 oder 10 Fasern schon ziemlich viele.

Allerdings setzt man auf bewährte Technik. Eine frühe Demonstration von IBM und Picolight auf der OFC 2003 mit 12 X 10 Gbps zeigte schon die Möglichkeiten auf. Mittlerweile sind VCSEL-Arrays längst Stand der Technik, auch in vielen anderen Anwendungsbereichen wie dem Flugzeugbau. Die Verschleißzeit hängt von der Uniformität der Komponenten im Array ab.

Ein 4er Array lebt insgesamt ca. 3/4 der Zeit einer einzelnen VCSEL, ein 12er Array lebt insgesamt ca. die halbe Zeit einer einzelnen VCSEL. Praktisch alle zufälligen Fehler sind durch das Burn-In eliminiert. Bei Überspannung verenden Arrays mit 1, 4 oder 12 VCSELs gleichermaßen. Aber: man benötigt kein hermetisches Packaging, weil die VCSELs sehr unempfindlich gegenüber härteren Bedingungen sind, also z.B. 85 Grad Betriebstemperatur bei 85% Luftfeuchtigkeit locker abkönnen.

So können auch die kompakten SFP+ Formfaktoren von 10 GbE problemlos übernommen werden. Die Kosten der VCSELs machen aber nur einen Bruchteil der Gesamtkosten für einen Transceiver aus. Im Grunde genommen gewinnt man sogar, wenn man größere Arrays macht, denn der unbenutzte Rest des Wafers kommt ins Recycling.

weiter mit: 40/100 GbE SMF PMDs

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