通往10 Gbps以太網(wǎng)的低速之路

較低的速度通常不能算是創(chuàng)新，但在10 Gbps以太網(wǎng)的領(lǐng)域內(nèi)，兩種“低速”互連標(biāo)準(zhǔn)，即LX4和CX4，正在降低實(shí)現(xiàn)成本，并實(shí)現(xiàn)新的應(yīng)用。

　　具有諷刺意味的是，實(shí)現(xiàn) 10GE（10 千兆位以太網(wǎng)）連接的主要?jiǎng)?chuàng)新之一是與降低互連速度有關(guān)，而不是與提高互連速度有關(guān)。兩種新的“低速” PMD（物理媒介相關(guān)）標(biāo)準(zhǔn)，即LX4 和 CX4，將在下一代系統(tǒng)中起作用。
　　IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）在 IEEE 802.3ae 標(biāo)準(zhǔn)中定義了LX4，在該協(xié)會(huì)最近批準(zhǔn)的IEEE 802.3ak 標(biāo)準(zhǔn)中定義了CX4，兩種標(biāo)準(zhǔn)都是 10GE 的物理層實(shí)現(xiàn)方法，這兩種方法充分利用公共的 XAUI（10 G比特附加單元接口），從而降低成本，填補(bǔ)重要的應(yīng)用空白。這兩種標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)于不同的領(lǐng)域，但它們的實(shí)現(xiàn)方法卻有很多相似之處。
　　XAUI 是一塊印制電路板內(nèi)部芯片之間的一種對(duì) IC 友好的連接。10GE 界把 XAUI看作一種連接到 PMD 模塊的方式，并且可以使用它來(lái)建立底架之間的 10Gbps 串行連接。不過，LX4 和 CX4 不考慮對(duì)串行 10GE 連接的需求，而是采用 4 條并行工作的速度較低的“通道”（3.125Gbps）來(lái)達(dá)到 10Gbps 帶寬。
　　最新企業(yè)交換系統(tǒng)中使用的插入式收發(fā)器模塊在定義這些 PMD 標(biāo)準(zhǔn)方面起到主要作用。三個(gè) 10GE插入式收發(fā)器 MSA（多源協(xié)議）都提供“低速”XAUI 接口，即Xenpak、X2 和 Xpak，將首先在這些 MSA可創(chuàng)建LX4 和 CX4 兩種標(biāo)準(zhǔn)賴以首先獲得大量應(yīng)用的平臺(tái)。
　　隨著企業(yè)部署新的系統(tǒng)，企業(yè)可能會(huì)像配置新系統(tǒng)那樣在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的后期選用哪一種 PMD 模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)新系統(tǒng)。作為經(jīng)驗(yàn)法則，企業(yè)將從各種能夠與所需媒體一起工作的PMD模塊中為每條 10GE 鏈路選擇成本最低的PMD模塊。LX4 是適合于已安裝的多模光纖 (MMF) 和單模光纖 (SMF) 的唯一選擇，而 CX4 適合于短距離鏈路，而且對(duì)媒體類型沒有任何限制。
　　LX4 和 CX4兩種 標(biāo)準(zhǔn)都依賴“再定時(shí)”原理。按照再定時(shí)原理，被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)要按照本地的時(shí)鐘源再定時(shí)——按照本地定時(shí)域（晶振）來(lái)重新設(shè)置抖動(dòng)預(yù)算。這種方法利用 10GE 中的 IPG（包間間隔），從而允許插入和刪除空閑列來(lái)消除輸入數(shù)據(jù)和本地時(shí)鐘源之間的小小頻差。重定時(shí)在 LX4 和 CX4 應(yīng)用中起著關(guān)鍵作用。
　　面向 MMF 的 LX4
　　網(wǎng)絡(luò)工程師并不把 10GE 鏈路僅僅用于遠(yuǎn)距離系統(tǒng)。他們還把10GE 鏈路安裝在數(shù)據(jù)中心等設(shè)施內(nèi)。事實(shí)上，正在使用的 10GE 端口中， 50%以上都用在本地短距離鏈路中。在 FDDI（光纖分布式數(shù)據(jù)接口）時(shí)代安裝的MMF非常適合于1 Gbps以太網(wǎng)，并能達(dá)到 3.125Gbps的數(shù)據(jù)速率。但它幾乎不能進(jìn)行 10Gbps 串行通信，其原因在于模態(tài)色散，多模光纖中的各個(gè)模態(tài)會(huì)使接收到的脈沖“展寬”。
　　所有數(shù)據(jù)速率都會(huì)發(fā)生模態(tài)色散，色散絕對(duì)數(shù)量幾乎相同。問題在于，在數(shù)據(jù)速率為 10Gbps時(shí)，串行模態(tài)色散占據(jù) 100 皮秒“眼”的大部分，從而使100皮秒“眼”在 20M～30M MMF以后閉合。不幸的是，在最近這些年，MMF 應(yīng)用于建筑物地板內(nèi)和樓梯豎板內(nèi)的水平裝置中。很多裝置可能而且的確有長(zhǎng)達(dá) 300M的 MMF。這種情況會(huì)使這些裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn) 10Gbps 串行通信。對(duì)于那些想升級(jí)到下一代系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心來(lái)說，這是個(gè)大問題。
　　LX4可借助四條數(shù)據(jù)速率為3.125Gbps 的通道中的每一條來(lái) 實(shí)現(xiàn) 10GE。模態(tài)色散仍然會(huì)發(fā)生，但較大的 320 ps“眼”允許使用長(zhǎng)得多的光纖。符合規(guī)范的 LX4 模塊將綽綽有余地達(dá)到 802.3ae 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 240M～ 300M MMF長(zhǎng)度極限。事實(shí)上，Emcore公司 等廠商已在現(xiàn)有 MMF 上驗(yàn)證了長(zhǎng)達(dá) 2km的鏈路。
　　具體說明LX4 的最佳方法是采用 MSA 收發(fā)器，如Xenpak。Xenpak 的電輸入端是 XAUI。首先，電路對(duì)四條 3.125Gbps 通道重新定時(shí)，然后每條通道驅(qū)動(dòng)一個(gè)激光器。最后，一個(gè)波分復(fù)用器把這四個(gè)入（波長(zhǎng)）組合在一起，在單根光纖上傳輸（圖 1）。

圖 1 ， 在一個(gè) LX4 模塊中，波分復(fù)用器把四個(gè)波長(zhǎng)組合在一起，在一根光纖上傳輸。

　　四個(gè)光發(fā)射器必須滿足挑戰(zhàn)性的規(guī)范。這四個(gè)波長(zhǎng)的中心彼此距離25nm，寬度約13nm。DFB（分布式反饋）激光器具有 LX4 系統(tǒng)必需的特性。
　　激光源、檢測(cè)器和 WWDM（寬波分復(fù)用）光學(xué)元件三者封裝的進(jìn)展已使實(shí)現(xiàn)LX4所需的物理空間大大縮小。為了符合 LX4 和 MSA兩方面的要求，需要使用一些 IC ，芯片制造商們?cè)谶@些IC方面取得了重要進(jìn)展。由于取得這些進(jìn)展，廠商們不僅正在 設(shè)計(jì) Xenpak，而且還在為L(zhǎng)X4設(shè)計(jì)更小的 X2 和 Xpak 模塊。
　　LX4 的一些支持者還將LX4推廣應(yīng)用于距離 10km～40km公里的單模光纖系統(tǒng)。人們往往把 10Gbps 串行 LR（1310nm串行 LAN PHY）和ER（1550nm串行 LAN PHY）PMD 標(biāo)準(zhǔn)看作 10km距離的“基線”方法。但是，LX4 提供一種很有吸引力的替代方法：一種 PMD 標(biāo)準(zhǔn)既能解決 300M MMF 問題，又能解決 10 公里 SMF問題。
　　面向短距離應(yīng)用的 CX4
　　CX4擬應(yīng)用于最短的連接。大多數(shù)現(xiàn)代化系統(tǒng)廣泛采用 XAUI，并將XAUI 用于 10GE轉(zhuǎn)發(fā)器模塊連接，更有吸引力的不是把 XAUI I/O 轉(zhuǎn)換成10Gbps 串行I/O,供短距離連使用，而是在直接與 XAUI I/O連接。當(dāng)然，連接器和相關(guān)的電纜產(chǎn)生的電損會(huì)超過正常的驅(qū)動(dòng)XAUI I/O 元件時(shí)的電損耗。
　　行業(yè)領(lǐng)頭人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到開放式電連接標(biāo)準(zhǔn)的重要性，因此 IEEE 開發(fā)了 802.3ak 標(biāo)準(zhǔn)。CX4的目標(biāo)是在數(shù)據(jù)中心內(nèi)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)15M的低成本的電連接。該標(biāo)準(zhǔn)組織希望這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)很健全，并非常適用于隔板型系統(tǒng)和 Xenpak 等轉(zhuǎn)發(fā)器模塊。
 CX4 驅(qū)動(dòng)器的電“輸入端”可能是 XAUI。CX4 使用借自 Infiniband 系統(tǒng)的一個(gè)連接器和一條電纜。CX4 電纜連接包括每個(gè)方向中的四對(duì)屏蔽雙軸電纜。