40GE/100GE和并行OTN接口的標(biāo)準(zhǔn)化和設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀

荊瑞泉

（中國電信股份有限公司北京研究院 北京 100035）

1 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的持續(xù)高速增長，目前運(yùn)營商的IP骨干網(wǎng)已經(jīng)普遍采用40 Gbit/s鏈路，100 Gbit/s鏈路的應(yīng)用即將到來。而骨干路由器采用的40 Gbit/s POS接口存在價(jià)格昂貴的問題。因此運(yùn)營商迫切希望有一種替代POS的接口技術(shù)能夠降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，同時(shí)又能夠滿足網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的需求。在這種背景下，IEEE于2010年6月18日正式發(fā)布了40GE和100GE接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3ba-2010。該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布不僅是以太網(wǎng)技術(shù)的又一次飛躍，同時(shí)對POS技術(shù)也是一個(gè)挑戰(zhàn)。路由器高速接口類型的選擇成了運(yùn)營商骨干和城域組網(wǎng)面臨的一個(gè)關(guān)鍵問題，可選接口類型包括40 Gbit/s POS、40GE、40GE OTN、100GE和100GE OTN。

根據(jù)初步了解，路由器40GE OTN和40GE并行接口由于采用相同的光模塊，成本相當(dāng)，低于40 Gbit/s POS成本約30%，具有較大的成本優(yōu)勢。傳輸設(shè)備40GE和并行OTU3接口（即OTL3.4）成本是 40 Gbit/s SDH/OTN串行接口成本的1/2左右，具有很大的成本優(yōu)勢。另外40GE LR4和OTL3.4接口的傳輸距離為10 km，遠(yuǎn)大于40 Gbit/s SDH/OTN串行接口的2 km，從而方便運(yùn)營商的組網(wǎng)應(yīng)用。

2 40GE/100GE和OTN接口的標(biāo)準(zhǔn)化

2.1 IEEE

IEEE關(guān)于40GE/100GE的標(biāo)準(zhǔn)化工作具體由802.3ba工作組承擔(dān)，2010年6月18日正式發(fā)布了定義40GE和100GE接口的IEEE 802.3ba-2010標(biāo)準(zhǔn)。

IEEE 802.3ba分別定義了4種40GE和100GE接口，其類型和定義見表1。對于骨干網(wǎng)應(yīng)用，主要需要考慮目標(biāo)傳輸距離為10 km的單模光纖傳輸?shù)?0 Gbit/s Base-LR4和100 Gbit/s Base-LR4接口。傳輸距離為40 km的100 Gbit/s Base-ER4可用于城域網(wǎng)中的光纖直連組網(wǎng)；傳輸距離為100 m的OM3接口主要用于機(jī)房內(nèi)部連接。

值得注意的是，IEEE 802.3ba定義的40GE和100GE接口均為并行接口，從而降低了技術(shù)實(shí)現(xiàn)的難度和成本。

表1 40GE/100GE接口類型及定義

為了滿足運(yùn)營商（AT&T主導(dǎo)）對40GE串行接口的需求，IEEE成立了802.3bg工作組，負(fù)責(zé)開發(fā)40GE串行接口規(guī)范（40 Gbit/s Base-FR）。40GE串行接口的目標(biāo)是支持在單模光纖上傳送2 km；開發(fā)原則是利用已有的40 Gbit/s Base-R PCS、PMA、MAC層以及 IEEE P802.3ba已有的電子和邏輯接口，并在光層與運(yùn)營商已有的40 Gbit/s客戶接口(OTU3/STM-256/OC-768/40 Gbit/s POS)保持兼容。主要參數(shù)如下。

·發(fā)送端波長:1550 nm；

·接收端波長:1290～1330 nm、1530～1565 nm；

·光功率預(yù)算:ITU-T G.693 VSR2000-3R2。IEEE 802.3bg標(biāo)準(zhǔn)在2011年6月已經(jīng)完成并發(fā)布。

2.2 ITU-T

ITU-T關(guān)于OTN支持40GE/100GE和OTU3/OTU4的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成，并列入最新修訂的G.709標(biāo)準(zhǔn)中。G.709定義了40GE到ODU3、100GE到ODU4的映射方式均采用GMP（通用映射規(guī)程），可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)信號的透明傳送。在OTU3/OTU4串行接口的基礎(chǔ)上，定義了OTU3/OTU4并行接口（OTL3.4/OTL4.4）。OTL3.4/OTL4.4并行接口使用與40GE/100GE接口相同的光器件，以便降低接口成本。

ITU-T G.695定義了支持并行OTU3接口的應(yīng)用代碼C4S1-2D1；G.959.1定義了支持并行OTU4接口的應(yīng)用代碼4I1-9D1F&4L1-9C1F。

3 100GE接口光模塊發(fā)展現(xiàn)狀

基于WDM技術(shù)的100GE并行接口目前有100 Gbit/s Base-LR4 （4×25 Gbit/s）和 10×10 Gbit/s兩種方式，其中10×10 Gbit/s為非標(biāo)準(zhǔn)接口。產(chǎn)生這種狀況的原因是10×10 Gbit/s的CFP光模塊在市場上最先商用，主要是Google等互聯(lián)網(wǎng)公司的支持，已經(jīng)部署的數(shù)據(jù)設(shè)備和傳輸系統(tǒng)采用這種接口類型。由于10×10 Gbit/s接口所采用的光模塊只有一個(gè)廠商支持，并且沒有得到IEEE 802.3ba標(biāo)準(zhǔn)的采納，因此其發(fā)展前景并不被看好。

而100 Gbit/s Base-LR4是IEEE 802.3ba標(biāo)準(zhǔn)定義的接口。早期的LR4 CFP光模塊由于只有一個(gè)廠商支持，功耗大，可靠性低，成本高，因此影響了其推廣應(yīng)用。目前的LR4 CFP光模塊已經(jīng)得到了3～4個(gè)廠商的支持，解決了早期光模塊存在的主要問題。根據(jù)對路由器和傳輸設(shè)備廠商的調(diào)研，目前LR4已經(jīng)成為100GE接口的主流選擇。

未來100GE接口的發(fā)展趨勢是開發(fā)第二代光模塊技術(shù)(CFP2)，采用4×25 Gbit/s串行電接口技術(shù)，進(jìn)一步降低每比特功耗、體積和成本，提高集成度和性能。第二代100GE接口光模塊技術(shù)目前主要應(yīng)用在存儲和高性能計(jì)算和路由器，可以大幅度節(jié)約體積、功耗和成本，但目前其在標(biāo)準(zhǔn)化、性價(jià)比和產(chǎn)業(yè)鏈等方面尚需進(jìn)一步完善。

4 路由器和傳輸設(shè)備支持情況

根據(jù)對相關(guān)設(shè)備廠商的調(diào)研和實(shí)際測試，目前主流路由器和WDM/OTN設(shè)備廠商均已支持40GE LR4接口，均采用可插拔的CFP光模塊。還有部分路由器和傳輸設(shè)備廠商支持OTL3.4接口，且與40GE LR4接口使用相同的光模塊，可通過軟件進(jìn)行兩種模式之間的切換。為了便于理解，圖 1給出了路由器 40 Gbit/s POS、40GE和 40GE OTN（OTL3.4）3種接口封裝協(xié)議比較。40GE與 40GE OTN接口的主要區(qū)別是增加了將64B/66B編碼轉(zhuǎn)換為513B編碼的過程，并映射封裝到OPU3/ODU3/OTU3/OTL3.4的過程。

圖1 封裝協(xié)議的比較

主流路由器和WDM/OTN設(shè)備廠商均已支持100GE LR4接口，均采用可插拔的CFP光模塊。目前路由器設(shè)備均不支持OTL4.4接口，傳輸設(shè)備均已支持OTL4.4接口，用于不同傳輸系統(tǒng)間的互聯(lián)。另外部分路由器和傳輸設(shè)備還支持非標(biāo)準(zhǔn)的10×10 Gbit/s 100GE光接口，其采用的CFP光模塊大小與LR4 CFP相同，即在同一接口上可以插不同的CFP模塊。

目前只有一個(gè)路由器廠商支持40GE FR接口，傳輸設(shè)備均不支持。

5 40GE/100GE和OTN接口互通測試情況

為了推進(jìn)40GE/100GE和并行OTN接口在IP骨干網(wǎng)中的應(yīng)用，驗(yàn)證路由器和傳輸設(shè)備的互通性，近期對主要路由器和傳輸設(shè)備廠商的40GE/100GE和并行OTN接口的傳送相關(guān)功能和互通性進(jìn)行了測試。主要測試內(nèi)容包括40GE/100GE業(yè)務(wù)的互通性、接口告警功能、BIP-8誤碼性能統(tǒng)計(jì)、SD/SF功能、環(huán)回功能和轉(zhuǎn)發(fā)性能等?；緶y試配置如圖2所示。

圖2 基本測試配置

5.1 40GE/100GE業(yè)務(wù)的互通性

主流傳輸設(shè)備廠商的OTN/WDM設(shè)備之間均通過OTU3/OTU4接口互聯(lián)實(shí)現(xiàn)了40GE/100GE業(yè)務(wù)的互通，同時(shí)均可通過40GE/100GE業(yè)務(wù)接口實(shí)現(xiàn)不同廠商之間的互通。

采用40GE LR4/100GE LR4接口，不同廠商路由器之間均實(shí)現(xiàn)了40GE/100GE業(yè)務(wù)的互通，性能指標(biāo)正常。路由器和傳輸設(shè)備之間均實(shí)現(xiàn)了40GE/100GE業(yè)務(wù)的互通，對路由器的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)性能沒有影響。

5.2 40GE/100GE接口告警功能

故障告警功能的測試拓?fù)淙鐖D3所示。各廠商路由器40GE/100GE接口均支持 IEEE 802.3ba定義的 LF（local fault）和 RF（remote fault）告警功能，并能由 LF&RF 告警觸發(fā)端口down，從而避免了傳統(tǒng)以太網(wǎng)鏈路存在的單通問題。不同路由器廠商之間、傳輸設(shè)備之間、路由器和傳輸設(shè)備之間均實(shí)現(xiàn)了LF&RF功能的互通。

圖3 故障告警功能的測試拓?fù)?/p>

目前路由器設(shè)備在LF&RF告警顯示方面還存在不足，即都只能在Log中顯示告警信息，而不能在接口狀態(tài)中進(jìn)行顯示。當(dāng)Log信息很多時(shí)，告警查看不是很方便。

5.3 40GE/100GE接口BIP-8誤碼性能統(tǒng)計(jì)和SD/SF功能

與傳統(tǒng)以太網(wǎng)相比，40GE/100GE技術(shù)在OAM方面的主要特點(diǎn)是增加了BIP-8誤碼檢測能力，從而可以提供與OTN類似的誤碼性能檢測能力。測試結(jié)果表明，多數(shù)被測路由器的40GE/100GE接口支持以太網(wǎng)PCS層的BIP-8誤碼性能統(tǒng)計(jì)，并支持通過SD（信號劣化）/SF（信號失效）告警觸發(fā)端口down。

在進(jìn)行路由器與OTN/WDM互通性測試時(shí)，需要從OTN儀表插入隨機(jī)線路誤碼，然后在路由器以太網(wǎng)接口上查看以太網(wǎng)誤碼計(jì)數(shù)。由于以太網(wǎng)報(bào)文被封裝在OTN幀的凈荷里，OTN報(bào)文中存在一些OTN的開銷和填充，線路誤碼可能發(fā)生在開銷和填充字節(jié)，也可能發(fā)生在凈荷區(qū)域。因此以太網(wǎng)報(bào)文的誤碼分布存在很多可能性，如OTN儀表插入2個(gè)誤碼，以太網(wǎng)層可能沒有誤碼，也可能是1個(gè)或2個(gè)誤碼。因此，以太網(wǎng)層的誤碼與OTN層的誤碼之間不是一一對應(yīng)的關(guān)系。

5.4 40GE/100GE接口外部環(huán)回檢測功能

外部環(huán)回檢測可以用于離線的故障定位?；赑PP/HDLC封裝的POS接口支持顯示的外部環(huán)回檢測功能，而傳統(tǒng)的GE/10GE接口則不支持，從而給網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)造成不便。

圖4 外部環(huán)回測試拓?fù)?/p>

外部環(huán)回測試拓?fù)淙鐖D4所示。通過對40GE/100GE接口外部環(huán)回檢測功能的測試，發(fā)現(xiàn)可以通過觀察端口的up/down狀態(tài)判斷是否進(jìn)行了外部環(huán)回:

·端口down，表示未進(jìn)行外部環(huán)回；

·端口up，表示進(jìn)行了外部環(huán)回。

上述檢測方法對于光纖環(huán)回和經(jīng)過傳輸設(shè)備的環(huán)回兩種情況均適用。

5.5 40GE OTN接口互通測試情況

40GE OTN接口的測試內(nèi)容與40GE基本相同。測試結(jié)果表明，路由器和OTN/WDM設(shè)備之間通過OTL3.4接口互聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的互通，吞吐量和時(shí)延指標(biāo)正常。測試設(shè)備的OTL3.4接口的OTN開銷和告警功能完善，符合OTN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。路由器40GE OTN接口的環(huán)回功能與40GE接口相同。40GE OTN接口的SD/SF功能還需要進(jìn)一步完善。

6 結(jié)束語

目前，主流傳輸和路由器設(shè)備廠商均已支持40GE/100GE接口，路由器和OTN/WDM設(shè)備的40GE/100GE接口的互通性已經(jīng)成熟。路由器40GE/100GE接口的告警、環(huán)回等故障管理功能已經(jīng)比較完善，可以滿足現(xiàn)網(wǎng)的應(yīng)用需求。路由器40GE/100GE接口的誤碼性能管理能力還需要進(jìn)一步完善，包括誤碼性能統(tǒng)計(jì)和SD/SF功能。

路由器采用40 Gbit/s/100 Gbit/s OTN接口，可以利用OTN提供的豐富的開銷和OAM能力。同時(shí)傳輸和數(shù)據(jù)專業(yè)維護(hù)界面清晰，可以沿用現(xiàn)有10 Gbit/s/40 Gbit/s POS接口的維護(hù)管理方式。但是目前支持的設(shè)備類型還很少，建議國內(nèi)運(yùn)營商能夠積極推動設(shè)備廠商進(jìn)一步完善對40GE和OTN接口的支持，滿足運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)從40 Gbit/s POS向40GE/100GE演進(jìn)的需求。

在符合標(biāo)準(zhǔn)的情況下，40GE和40 Gbit/s OTN兩種接口均可滿足網(wǎng)絡(luò)維護(hù)需求，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，具體接口類型的選擇需要綜合考慮設(shè)備支持情況、成本和維護(hù)方式等因素。100GE與100GE OTN接口的情況類似。

1 IEEE 802.3ba.40 Gbit/s and 100 Gbit/s Ethernet,2010

2 ITU-T G.709.Interfaces for the Optical Transport Network(OTN),2012