40G-100G以太網(wǎng)介紹培訓教材電子互聯(lián)

40G/100G以太網(wǎng)介紹——802.3ba草案簡介課前提問對以太網(wǎng)的基礎(chǔ)知識了解哪些？是否了解以太網(wǎng)的IEEE802.3標準？是否知道以太網(wǎng)對應(yīng)的OSI七層架構(gòu)？是否清楚MAC子層和物理子層類型？是否了解MII接口？802.3標準定義的數(shù)據(jù)報文的幀結(jié)構(gòu)是否了解10G以太網(wǎng)的基本知識？注：本膠片是對802.3ba草案的解讀，正式標準出臺后可能會與草案有出入。目錄40G/100G以太網(wǎng)的分類40G/100G以太網(wǎng)的內(nèi)部接口

MII接口**AUI接口40G/100G以太網(wǎng)的物理子層PCS子層64B/66B編碼PMA子層PMD子層2.95M1000M1973年1980年1995年1998年2002年2009年10G40/100G100M10M以太網(wǎng)以相關(guān)標準發(fā)展歷史第一階段（1973—1982）：以太網(wǎng)的產(chǎn)生與DIX聯(lián)盟

1973年，位于加利福尼亞PaloAlto的Xerox公司提出并實現(xiàn)了最初的以太網(wǎng)。RobertMetcalfe博士被公認為以太網(wǎng)之父，此時以太網(wǎng)速率僅僅為2.94Mbits/s。

Xerox、DEC、Intel三家聯(lián)合在1980年9月開發(fā)并發(fā)布了10Mb/s版的以太網(wǎng)標準[DIX80]第二階段（1982—1990）：10Mb/s以太網(wǎng)發(fā)展成熟

1983年6月，IEEE標準委員會通過了第一個802.3標準-基于以太網(wǎng)技術(shù)的標準。

IEEE于1990年9月通過了使用雙絞線介質(zhì)的以太網(wǎng)（10Base-T）標準，該標準很快成為辦公自動化應(yīng)用中首選的以太網(wǎng)技術(shù)。第三階段（1983—1997）：LAN網(wǎng)橋接與交換透明LAN網(wǎng)橋在80年代初出現(xiàn)，隨后出現(xiàn)了LAN交換機，促成了全雙工以太網(wǎng)的出現(xiàn)。1995年，IEEE802.3委員會開始研究全雙工操作的標準，并在1997年通過了一項標準[IEEE97]。第四階段（1992—1997）：快速以太網(wǎng)

快速以太網(wǎng)標準[IEEE95]形成，全雙工100M以太網(wǎng)出現(xiàn)，這是以太網(wǎng)數(shù)據(jù)速率的第一次提升。第五階段（1996—現(xiàn)在）：千兆以太網(wǎng)及萬兆以太網(wǎng)

1996年IEEE802.3成立了一個標準開發(fā)任務(wù)組，1998年完成并通過了標準[IEEE98]，形成了千兆以太網(wǎng)標準。

2002，IEEE802.3ae，即10Gb/s以太網(wǎng)標準發(fā)布。

2005，IEEE802.3-2005標準發(fā)布。40G/100G以太網(wǎng)標準出臺日程40G/100G以太網(wǎng)OSI架構(gòu)40G/100G以太網(wǎng)特點共同特點：全雙工模式；保留802.3以太網(wǎng)幀格式；保留802.3以太網(wǎng)的幀長要求：64~1518/1522（Q-tagged）bytes支持MAC/PLS服務(wù)接口的10-12誤碼率提供對OTN的支持40G以太網(wǎng)物理介質(zhì)：1m背板；10m銅纜；100mOM3多模光纖；~10km單模光纖100G以太網(wǎng)物理介質(zhì)10m銅纜；100mOM3多模光纖；~10km單模光纖；~40km單模光纖40G/100G以太網(wǎng)物理類型

O=可選的（Optional）；M=強制的（Mandatory）40G/100G以太網(wǎng)內(nèi)部互連接口MAC與PHY之間的MII接口——XLGMII/CGMII類似10G以太網(wǎng)的XGMII接口源同步并行總線，收發(fā)數(shù)據(jù)寬度各64位，收發(fā)控制寬度各8位隨路時鐘頻率為數(shù)據(jù)速率1/64，僅在時鐘的上升沿采樣數(shù)據(jù)40GE：625MHz100GE：1.5625GHz只支持全雙工模式MDIO管理接口功能在MII接口功能上有所增加變化目前沒有具體定義電氣指標，將在OIF的相關(guān)標準中規(guī)范40G/100G以太網(wǎng)MII接口——XLGMII/CGMII在實際的數(shù)據(jù)報文收發(fā)過程中，每個以太網(wǎng)報文前導碼的第一個八位元組對應(yīng)放置在XLGMII/CGMII接口的Lane0數(shù)據(jù)線上，然后在其他數(shù)據(jù)線上順序放置報文數(shù)據(jù)40G/100G以太網(wǎng)MII接口前導碼與MII接口對應(yīng)關(guān)系：起始控制字起始定界符SPD40G/100G以太網(wǎng)MII接口——XLGMII/CGMII數(shù)據(jù)與控制信號對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)TXD/RXD與控制TXC/RXC可以分別成8組Lane，每組Lane包括8位數(shù)據(jù)TXD和一位控制信號TXC40G/100G以太網(wǎng)MII接口——XLGMII/CGMII發(fā)送端TXD與TXC對應(yīng)關(guān)系40G/100G以太網(wǎng)MII接口——XLGMII/CGMII發(fā)送端時序圖示40G/100G以太網(wǎng)MII接口——XLGMII/CGMII接收端RXD與RXC對應(yīng)關(guān)系40G/100G以太網(wǎng)MII接口——XLGMII/CGMII接收端時序圖示40G/100G以太網(wǎng)內(nèi)部互連接口——**AUI接口40G/100G以太網(wǎng)內(nèi)部互連接口——**AUI接口XLAUI/CAUI：PMA子層互連接口可選接口便于40G/100G以太網(wǎng)物理子層間互連減少XLGMII/CGMII接口的信號數(shù)量串行差分總線：收發(fā)通道分離，收發(fā)各4/10對差分對差分對速率均為10.3125Gbps±100ppm數(shù)據(jù)收發(fā)采用64B/66B編碼格式，時鐘編碼在數(shù)據(jù)中PCB上的走線長度不超過25cm物理鏈路采用AC耦合方式互連采用自同步（Self-timed）接口允許更高層時序控制40G和100G以太網(wǎng)接口技術(shù)和功能均可共享40G/100G以太網(wǎng)內(nèi)部互連接口——**AUI接口XLAUI/CAUI的眼圖指標發(fā)送接收單位參數(shù)定義參數(shù)數(shù)值參數(shù)定義參數(shù)數(shù)值每對信號速率10.3125GBd

±100ppm每對信號速率10.3125GBd

±100ppmGBd單位時間間隔（UI）96.96969697單位時間間隔（UI）96.96969697ps信號單端輸出電壓范圍4.0(max.)~-0.4(min.)----V最大差分輸出電壓（峰峰值）760最大差分輸入電壓（峰峰值）850mV最大終止失配（1MHz）5----%最大輸出AC共模電壓，RMS15最大輸入AC共模電壓，RMS20mV最小輸出上升/下降時間(20%~80%)24最小輸入上升/下降時間(20%~80%)24ps差分輸出S參數(shù)參考草案附件公式83A-1差分輸入S參數(shù)參考草案附件公式83A-3dB共模輸出S參數(shù)參考草案附件公式83A-2共模輸入S參數(shù)參考草案附件公式83A-4dB最大輸出總抖動0.32最大輸入總抖動0.62UI最大輸出確定性抖動0.17最大輸入確定性抖動0.42UI發(fā)送眼圖模版X10.16接收眼圖模版X10.31UI發(fā)送眼圖模版X20.38接收眼圖模版X20.5UI發(fā)送眼圖模版Y1190接收眼圖模版Y145mV發(fā)送眼圖模版Y2380接收眼圖模版Y2425mV40G/100G以太網(wǎng)物理子層PCS子層將來自MII接口的64位數(shù)據(jù)編碼為66B編碼塊發(fā)送66B編碼塊給PMA子層添加或刪除IDLE幀以適配MAC與PMD之間的數(shù)據(jù)速率通過MDIO實現(xiàn)對PHY層的管理功能對于40GBASE-RPCS子層對應(yīng)的PMA服務(wù)子層的適配速率定義為10.3125Gb/s，同時支持4對分組以滿足40G以太網(wǎng)MAC子層數(shù)據(jù)速率40Gb/s的要求100GBASE-RPCS子層對應(yīng)PMA服務(wù)子層的適配速率為5.15625Gb/s，同時支持20對分組以滿足100G以太網(wǎng)MAC子層數(shù)據(jù)速率100Gb/s的要求40G/100G以太網(wǎng)PCS子層PCS子層功能框圖PMAServiceInterfacePCSServiceInterface64B/66B編解碼64bits數(shù)據(jù)成組添加同步碼頭擾碼分發(fā)碼流64B/66B編解碼64bits數(shù)據(jù)成組數(shù)據(jù)字節(jié)標識為D0~D7；普通控制字節(jié)標識為C0~C7，編碼為7bits控制碼；特殊空字節(jié)標識為：/O/,/S/,/T/64B/66B編解碼（10GE）64B/66B編解碼（40GE/100GE）64B/66B編解碼擾碼同步碼頭不參與擾碼擾碼多項式：G(x)=1+x39+x5840G/100G以太網(wǎng)PCS子層66B碼塊分發(fā)：采用輪詢分發(fā)機制40G/100G以太網(wǎng)PCS子層插入對齊標志（Alignmentmarker）為了支持接收端PCS的Lane對齊及解偏斜，需要定期插入對齊標志40G/100G以太網(wǎng)PCS子層插入對齊標志的目的40G/100G以太網(wǎng)PCS子層插入對齊標志的周期：40G/100G以太網(wǎng)PCS子層對齊標志格式:Mn=！M（n+4）,n=0~340G/100G以太網(wǎng)物理子層PMA子層通過PMA服務(wù)接口映射數(shù)據(jù)流到PCS子層或PMA子層通過PMD服務(wù)接口映射復(fù)用數(shù)據(jù)流到PMA子層或PMD子層從接收數(shù)據(jù)流中恢復(fù)時鐘提供測試信號產(chǎn)生和檢測提供PMA服務(wù)接口上的可選數(shù)據(jù)環(huán)回可提供鏈路的狀態(tài)信息40G/100G以太網(wǎng)PMA子層PMA子層將PCS子層的LogicLane適配到PMD子層的LogicLane40G/100G以太網(wǎng)PMA子層PMA子層將PCS子層的LogicLane適配到PMD子層的LogicLane40G/100G以太網(wǎng)PMA子層比特復(fù)用minputlanenoutputlaneνvirtuallane40G/100G以太網(wǎng)PMA子層minputlane：對發(fā)送PMA指來自PCS子層的logiclane對接收PMA指來自PMD子層的logiclanenoutputlane：對發(fā)送PMA指發(fā)送到PMD子層的logiclane對接收PMA指發(fā)送到PCS子層的logiclaneνvirtual

lane：PMA子層為適配PCS到PMD定義的虛擬logiclaneVirtuallanes可以對應(yīng)于實際的物理lanes40G以太網(wǎng)：ν=4，R=10.3125Gbps±100ppm100G以太網(wǎng)：v=20，R=5.15625Gbps±100ppmR為每組virtuallane數(shù)據(jù)速率40G/100G以太網(wǎng)PMA子層PMA子層適配舉例：100G，m=10，n=4012301230123020022020240G/100G以太網(wǎng)PMA子層PMA子層的時鐘如果一個PMA的輸入Lane=m,輸出Lane=n;輸入時鐘/輸出時鐘=n/mTxPMA與PCS/FEC同步，輸入輸出時鐘源自系統(tǒng)參考時鐘；PMA通過CDR提取輸入時鐘，由PLL產(chǎn)生輸出時鐘40G/100G以太網(wǎng)PMD子層及物理類型40G以太網(wǎng)：40GBASE-KR440GBASE-CR440GBASE-SR440GBASE-LR4100G以太網(wǎng)：100GBASE-CR10100GBASE-SR10100GBASE-LR4100GBASE-ER440G/100G以太網(wǎng)PMD子層及物理類型40GBASE-KR4與IEEE802.3ap(2007)標準中10GBASE-KR類似PMD子層功能和電氣特性直接借用了10GBASE-KR40GBASE-KR4的物理連接為收發(fā)各4對差分對發(fā)送接收單位參數(shù)定義參數(shù)數(shù)值參數(shù)定義參數(shù)數(shù)值----比特誤差率10-12每對信號速率10.3125±100ppm每對信號速率10.3125±100ppmGBd差分輸出電壓（最大峰峰值）1200差分輸入電壓（最大峰峰值）1200mV差分輸出電壓（最大峰峰值），TX無效情況下30----mV共模電壓范圍0~1.9----V過渡時間(20%~80%)2~47----ps最大輸出抖動（峰峰值）隨機抖動確定性抖動占空系數(shù)失真總抖動0.150.150.0350.28----------------UIUIUIUI40G/100G以太網(wǎng)PMD子層及物理類型40GBASE-CR4&100GBASE-CR10以太網(wǎng)MDI均為一種點對點的低擺幅AC耦合差分接口AC耦合靠近接收端放置物理介質(zhì)類型為10米的屏蔽銅纜區(qū)別只在于40G以太網(wǎng)接口差分對為8組（收發(fā)各4對），而100G以太網(wǎng)接口差分對為20組（收發(fā)各10對）發(fā)送接收單位參數(shù)定義參數(shù)數(shù)值參數(shù)定義參數(shù)數(shù)值比特誤差率10-12每對信號速率10.3125±100ppm每對信號速率10.3125±100ppmGBd單位時間間隔（UI）96.96969697單位時間間隔（UI）96.96969697ps差分輸出電壓（最大峰峰值），TX無效情況下30（待定）差分輸入電壓（最大峰峰值）1200mV共模電壓范圍0~1.9（待定）V過渡時間(20%~80%)24~47（待定）ps最大輸出抖動（峰峰值）隨機抖動確定性抖動占空系數(shù)失真總抖動0.15（待定）0.15（待定）0.035（待定）0.28（待定）UIUIUIUI40G/100G以太網(wǎng)PMD子層及物理類型40GBASE-SR4&100GBASE-SR10MDI——多模光纖多對光纖傳輸不同Lane的數(shù)據(jù)40G/100G以太網(wǎng)PMD子層及物理類型40GBASE-LR4MDI——單模光纖在一根光纖上用4個波長發(fā)送4lane數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)速率10.3125Gbps±100ppm/lane

光纖傳送長度：2m~10km40G/100G以太網(wǎng)PMD子層及物理類型100GBASE-LR4&100GBASE-ER4

MDI——單模光纖在一根光纖上用4個波長發(fā)送100G數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)速率25.78125Gbps±100ppm/lane

光纖傳送長度：LR4:2m~10km;ER4:2m~30km/40km40G/100G以太網(wǎng)適配到OTN網(wǎng)絡(luò)反向復(fù)用多波長方案40GBASE-SR4，40GBASE-LR4和100GBASE-SR10映射到4/10組OTU2中，反向復(fù)用到4/10個10G波長進行DWDM傳輸100GBASE-LR4，100GBASE-ER44×25G的以太網(wǎng)反向復(fù)用到4個40G波長？？？單波長傳送方案40G以太網(wǎng)映射到OTU3100G以太網(wǎng)映射到OTU4？？？謝謝MAC幀介紹MAC層屬于數(shù)據(jù)鏈路層，因此有其特定的幀格式根據(jù)IEEE802.3定義，基本MAC幀結(jié)構(gòu)如下MAC幀介紹根據(jù)IEEE802.3定義，擴展MAC幀（802.1QTaggedMAC）結(jié)構(gòu)如下RobertMetcalfe（來源維基百科）羅伯特·梅特卡夫（RobertMetcalfe，1946年-），出生于紐約布魯克林。美國科技先驅(qū)，發(fā)明了以太網(wǎng)路，成立3Com且制定了Metcalfe'sLaw。在1973年，Metcalfe在XeroxPARC工作時，他發(fā)明了以太網(wǎng)路，一個可以在短矩離使得電腦可以互相連通的標準。在1979年，Metcalfe離開PARC，成立3Com，一家電腦網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的制造商。在1980年，以發(fā)展局域網(wǎng)路，特別是以太網(wǎng)的貢獻，他得到由AssociationforComputingMachineary所頒發(fā)的GraceMurrayHopper獎。在1990年，Metcalfe從3Com退休并且開始一段為期10年的的發(fā)行者和網(wǎng)絡(luò)權(quán)威者的生涯，為InfoWorld撰寫網(wǎng)絡(luò)專欄。他于2001年成為資本投資家，現(xiàn)在是PolarisVenturePartners的一員。HeisadirectorofPopTech,anexecutivetechnologyconferencehecofoundedin1997.他以兩個學士學位畢業(yè)于麻省理工學院，一個是電機工程學位，另一個麻省理工學院史隆商學院的工業(yè)管理學位。他在哈佛大學以一篇有關(guān)于封包交換的論文取得博士學位。那篇論文實際上是他在MIT為一個名為MAC的計劃工作時寫好的。在2005年3月14日，美國布什總統(tǒng)在白宮慶典時頒給他全國科技獎?wù)拢员頁P他創(chuàng)新以太網(wǎng)路及將其標準化及商業(yè)通用化上的領(lǐng)導地位。根據(jù)IDC，在2004年全世界上有2億個新的以太網(wǎng)路的埠被制造出貨。以太網(wǎng)的起源（來源維基百科）以太網(wǎng)技術(shù)的最初進展來自于施樂帕洛阿爾托研究中心的許多先鋒技術(shù)項目中的一個。人們通常認為以太網(wǎng)發(fā)明于1973年，當年羅伯特.梅特卡夫(RobertMetcalfe)給他PARC的老板寫了一篇有關(guān)以太網(wǎng)潛力的備忘錄。但是梅特卡夫本人認為以太網(wǎng)是之后幾年才出現(xiàn)的。在1976年，梅特卡夫和他的助手DavidBoggs發(fā)表了一篇名為《以太網(wǎng)：局域計算機網(wǎng)絡(luò)的分布式包交換技術(shù)》的文章。1979年，梅特卡夫為了開發(fā)個人電腦和局域網(wǎng)離開了施樂(Xerox)，成立了3Com公司。3Com對DEC、英特爾和施樂進行游說，希望與他們一起將以太網(wǎng)標準化、規(guī)范化。這個通用的以太網(wǎng)標準于1980年9月30日出臺。當時業(yè)界有兩個流行的非公有網(wǎng)絡(luò)標準令牌環(huán)網(wǎng)和ARCNET，在以太網(wǎng)大潮的沖擊下他們很快萎縮并被取代。而在此過程中，3Com也成了一個國際化的大公司。梅特卡夫曾經(jīng)開玩笑說，JerrySaltzer為3Com的成功作出了貢獻。Saltzer在一篇與他人合著的很有影響力的論文中指出，在理論上令牌環(huán)網(wǎng)要比以太網(wǎng)優(yōu)越。受到此結(jié)論的影響，很多電腦廠商或猶豫不決或決定不把以太網(wǎng)接口做為機器的標準配置，這樣3Com才有機會從銷售以太網(wǎng)