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走近40G技术:40G市场与应用分析

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新通信课堂

发表于 2020年3月25日
2020-11-25 16:42:01
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随着互联网流量的爆炸式增长,传统的10G网络早已不能满足用户需求。无论是企业用户或是个人用户,高带宽都成为一致愿景。在这种大趋势背景下,40G与100G的时代开始到来。但由于100G市场仍不成熟,40G成为大多数企业网络升级10G网络的首选方案。本文将深入探索40G网络的发展,逐一呈现40G发展至今的成果。

40G以太网概述

早在2007年,IEEE 802.3ba工作组首次提出将40G以太网作为高速以太网项目之一。2010年,40G以太网被正式批准为IEEE 802.3ba标准,允许以太网帧以40gbit /s的速率传输。该标准同时定义了包括背板、铜线、多模单模光纤通信的物理层规范。随着40G以太网的发展,802.3ba标准有了很多新的补充内容,如802.3bg-2011、802.3bj-2014、802.3bm-2015等。下表列出了一些40GbE相关的IEEE标准规范。

IEEE标准 时间 内容
802.3ba 2010-06 40G标准在1m背板,10m的铜线,100m多模光纤,10m的单模光纤上实现。
802.3bg 2011-03 提供一个40Gbit/s 的PMD,该PMD与现有的单模光纤40Gbit/s客户端接口兼容(OTU3/STM-256/OC-768/40G POS)
802.3bm 2015-02 40G以太网光纤
802.3bq 2016-06 40GBASE-T可用于30m范围内4对带2个连接器的平衡双绞线

40G以太网应用

在网络层应用40G以太网通常需要一对QSFP+光模块与跳线相连,如OM4或OM3光纤跳线。40G光模块依次插入网络服务器或其他组件(如40G交换机)。在所有40G应用中,40G跳线、40G光模块和40G交换机被认为是领先前三的40G以太网网络应用。

40G跳线

40G跳线可分为40G以太网跳线和QSFP+光纤跳线。企业网中一般不采用40G铜线接入网络,因为与10G铜线相比,其成本更高,可伸缩性更差,至今只有Cat8铜线可用于40G网络。相反,40G光纤接入的组网方式要更加多样化,可用的光纤跳线有40G的光纤分支跳线(如MTP-LC线缆)、主干光缆(如MPO主干光缆)和OM3、OM4、SMF等常规光纤跳线。企业网用户经常将这些跳线同时使用来实现40G-40G传输,甚至是10G到40G的网络升级。

40G光模块

根据IEEE与MSA制定的40G协议标准,市面上有两类主要的40G模块:QSFP+模块和CFP模块。QSFP+光模块有4条发送和4条接收通道,支持40G以太网单多模光纤应用。CFP模块的尺寸规格比QSFP+更大,通常用于100G以太网,但也支持40G。这两种模块类型都有许多不同的接口类型。随着网络的发展,又不断出现新的40G模块端口和标准。下面列出了一些40G光模块的主要接口类型,要了解更多关于QSFP+和CFP模块及其接口类型的详细信息,可以参考《40G光模块:QSFP+模块和CFP模块》文章。

接口类型 标准 连接器 封装类型 波长 最远传输距离
40GBASE-CR4(DAC) 802.3ba QSFP+ QSFP+ N/A 10m (铜质双绞线)
40GBASE-SR4 802.3ba MTP/MPO CFP/QSFP+ 850nm 300m (OM3),400m (OM4)
40GBASE-eSR4 品牌专有(非IEEE标准) MTP/MPO QSFP+ 850nm 300m (OM3),400m (OM4)
40GBASE-SR-BiDi 品牌专有(非IEEE标准) LC QSFP+ 832~918nm 100m (OM3),150m (OM4)
40GBASE-LR4 802.3ba LC CFP/QSFP+ 1310nm 10km(SMF)
40GBASE-ER4 802.3bm LC QSFP+ 1310nm 40km(SMF)
40GBASE-LX4/LM4 品牌专有(非IEEE标准) LC QSFP+ 1310nm 150m (OM3/OM4),2km (SMF)
40GBASE-PLR4 品牌专有(非IEEE标准) MTP/MPO QSFP+ 1310nm 10km (SMF)

40G光模块和40G跳线搭配因其灵活性而被广泛应用于40G网络传输中。然而,随着用户对网速的要求越来越高,40G DAC和40G AOC在高密度网络部署中越来越常见,尤其是短距离传输的数据中心组网。40G DAC和40G AOC一端或两端都装有QSFP+光模块,有着功耗低,方便维护,性能稳定等诸多优势,是实现40G或4x10G光传输的高性价比方案。

40G以太网交换机

尽管多数IT人士判定10G网络将在以太网市场长期占据主导地位,但对企业来说,从10G以太网络升级到40G甚至更高速度是保持企业竞争力的必然之选。由于大多数用户仍在使用1G或10G的网络,可提供多速率选择的交换机更受用户欢迎。因此,大多数交换机供应商都提供多速率交换机,可以处理10/25/40/100G速度,同时满足用户当前与未来的需求。正因如此,一个40G以太网交换机通常带有一些SFP+、SFP28、QSFP+和QSFP28混合端口,在数据中心里可用作核心交换机或脊层/聚合层交换机。

结论

尽管40G以太网正明显呈上升趋势发展,但下一代以太网究竟是向40G,25G或是100G发展的问题仍然悬而未决。适者生存,无论哪种方案将冲出重围,目的都是为了满足日益增长的互联网需求,最后结果让我们拭目以待。