推動以太網接口速率升級到100Gbit/s的根本需求是帶寬增加，其中最主要的因素就是視頻等帶寬密集應用，另外以太網的電信化應用也導致匯聚帶寬需求增速加劇。從以太網用戶接入、企業(yè)到主干在內的每一級網絡都在逼近著其當前的速度極限。
推廣100G以太網應用的前提是相關標準的制定。100Gbit/s以太網接口對應的標準是IEEE802.3ba，目前處于草案2.1階段，標準已經確定了各種接口介質、速率和物理編碼子層(PCS)、媒體接入控制(MAC)層架構定義。標準在2009年7月會議后停止所有技術變更，2009年11月標準會議將產生草案3.0，預計于2010年6月前發(fā)布。此外，和100GE相關的標準組織還包括國際電信聯盟遠程通信標準組(ITU-T)和光互聯論壇(OIF)，其關注的側重點不同，ITU-T主要制定100G傳輸光轉換單元(OTU)幀結構和編碼、容錯技術；OIF主要研究物理層高速通道規(guī)范、定義電接口標準。
以太網升級到100Gbit/s接口離不開關鍵技術支撐，關鍵技術的成熟和商用化也都還需要時間。從芯片、系統(tǒng)、網絡各個層面包括標準研究都還需要技術突破和時間。
支撐100G以太網接口的關鍵技術，主要包含物理層(PHY)通道匯聚技術、多光纖通道及波分復用(WDM)技術。物理介質相關(PMD)子層滿足100Gbti/s速率帶寬，新的芯片技術支持到40nm工藝，這些提供了開發(fā)下一代高速接口的可能。對應于接口部分，光纖接口PMD的并行多模接口存在著封裝密度大和功耗問題需要解決，單模4×25Gbit/s的WDM接口存在25Gbit/s串行并行轉換電路(SERDES)技術和非冷卻光器件的技術需要突破；對應于系統(tǒng)部分，接口速率提高帶來的高帶寬給包處理、存儲，系統(tǒng)交換，背板技術都提出了新的門檻；對應于網絡，需要解決新接口的傳輸問題，不光需要定義新的OTU幀結構，對于如此超高速傳輸，需要解決電子線路極限情況下的信號處理、光信號的調制、物理編碼、色散補償、非線性處理、與FE/GE/10GE幀結構和PHY內各子層的兼容性和一致性問題等，還需要使100G傳輸特性能夠滿足現有10G傳輸網的相關特性，否則帶來的網絡重建必將影響新技術的推進。
下一代以太網技術標準包含了40Gbit/s和100Gbit/s兩種速度，主要針對服務器和網絡方面不同的需求。40Gbit/s主要針對計算應用，而100Gbit/s則主要針對核心和匯接應用。提供兩種速度，IEEE意在保證以太網能夠更高效更經濟地滿足不同應用的需要，進一步推動基于以太網技術的網絡會聚。標準規(guī)定了物理編碼子層(PCS)、物理介質接入(PMA)子層、物理介質相關(PMD)子層、轉發(fā)錯誤糾正(FEC)各模塊及連接接口總線，MAC、PHY間的片間總線使用XLAUI(40Gbit/s)、CAUI(100Gbit/s)，片內總線用XLGMII(40Gbit/s)、CGMII(100Gbit/s)。
標準僅支持全雙工操作，保留了802.3MAC的以太網幀格式；定義了多種物理介質接口規(guī)范，其中有1m背板連接(100GE接口無背板連接定義)、7m銅纜線、100m并行多模光纖和10km單模光纖(基于WDM技術)，100Gbit/s接口最大定義了40km傳輸距離。標準定義了PCS的多通道分發(fā)(MLD)協議架構，標準還定義了用于片間連接的電接口規(guī)范，40Gbit/s和100Gbit/s分別使用4個和10個10.3125Gbit/s通道，采用輪詢機制進行數據分配獲得40G和100G的速率，另通過虛擬通道的定義解決了適配不同物理通道或光波長問題；明確了物理層編碼采用64B/66B。
標準雖然給出了100Gbit/s以太網的架構、接口定義，但目前尚有諸多待解決的問題。首先，PMD是802.3ba的一個關鍵部分，40G/100G光模塊包含短波長的并行接口，對應40GBASE-4SR和100GBASE-10SR，主要的技術難點在于封裝密度大；長波長的波分接口，難度在于PMA對應的25Gbit/s的SERDES和封裝技術，對于100G的WDM光模塊非制冷激光器技術是標準相關的關鍵技術，封裝形式由CFP多源協議(MSA)規(guī)定為CFP；對應的銅纜介質有關接口(MDI)標準的定義采用SFF-8436和SFF-8642，具體的結構尺寸和引腳分配已經給出。據了解目前主要供應商提供100G WDM光模塊要到2010年。
100G接口對應的相關芯片在MAC層已經沒有問題，PMA業(yè)務接口電接口規(guī)范要求每個通道工作在10.3125Gbit/s速率，除了標準成熟后使用專用集成電路(ASIC)實現，前期基于現場可編程門陣列(FPGA)實現的MAC則需要支持到10.3125Gbit/s速率，僅有少數FPGA公司支持。之前的評估系統(tǒng)采用的是增加SERDES Mux器件，由8/20個5.15625Gbit/s的通道轉換到4/10個10.3125Gbit/s的標準接口的過渡措施。
對于100G以太網設備系統(tǒng)，除了以上100G以太網接口相關技術難點需要克服，還需要配套的包處理器，對于分布式大容量交換系統(tǒng)還需要大容量的分組交換系統(tǒng)套片等系統(tǒng)級的困難需要解決。
對于100G的包處理能力，目前業(yè)界還沒有通用可選方案，開發(fā)中的幾個方案都還待評估；對于網絡處理器的內容可尋址存儲器(CAM)等查找接口帶寬最少要增加2倍以上，數據總線寬度、速率也都存在瓶頸，催生了Interlaken LA等串行高速總線接口投入使用。由于單片處理能力限制及總線接口轉換等導致存在和多片堆砌的情況，至使單板面積、功耗等都難接受。基于FPGA定制開發(fā)的解決方案需要企業(yè)具備全面的技術，往往提供的業(yè)務處理能力受限。
分組交換系統(tǒng)套片，包括交換網和交換網接口芯片，或含流量管理(TM)芯片，以前大多數系統(tǒng)都難于支持每線卡大于100Gbit/s的有效數據帶寬，目前新方案每線卡背板接口帶寬最大約為100~200Gbit/s，背板SERDES總線速率支持到6.5Gbit/s左右；支持100Gbit/s接口每線卡帶寬需要升級到200~500Gbit/s帶寬，背板SERDES速率甚至要達到10.3125Gbit/s以上，對于背板設計、工藝要求、材料、總線長度滿足等都比以前要苛刻的多；對于滿足電信級要求的系統(tǒng)，還需要滿足虛擬隊列(VoQ)、層次化服務質量(HQoS)等流管理特性，這就要求更大的處理帶寬需求、更多的隊列支持能力、更大的緩沖等提升系統(tǒng)設計難度。
隨著系統(tǒng)要求的提升，系統(tǒng)功率也在提高。100Gbit/s長波長PMD需要4個25Gbit/s通道，SERDES速率和通道數的增加需要更大電源；100Gbit/s處理器需要更大量的存儲器，當然也需要更大功率；微處理技術也需要更大功率。對此，需要尋找解決方案。功率事關未來，同時功率也是重大的障礙，不僅要為電路板供電，還需要控制如此大的功率并保證系統(tǒng)冷卻。隨著我們轉向速度更快的以太網，這些都是業(yè)界面對的主要問題。
高速以太網要想真正給用戶帶來實際的科技效益，必須將傳送網業(yè)務承載到傳送網上，而不能僅僅用在大型數據中心或者小范圍局域網內。所以除了調制技術之外，高速以太網如何在光傳送網上傳輸以及操作維護管理(OAM)等特性也是決定其成敗的關鍵技術。ITU-T SG15 Q11濟州島中間會議已經達成了40G/100G以太網接口的OTU映射定義：G.709中給出40GE映射到OPU3，使用1024B/1027B傳輸編碼；100GE映射到ODU4/OTU4，比特率為111.809973Gbit/s(=255/227×2.488320Gbit/s×40)。標準的成熟預計要到2011/2012年左右。對100Gbit/s以太網等高速業(yè)務而言，虛級聯技術可以實現適配，但是要提高光纖的利用率，虛級聯并不是高效的技術，而只能提高每個波長的比特率。
采用串行100G的密集波分復用(DWDM)傳輸技術，將10×10GE/4×25GE的100GE業(yè)務通過ODU4適配到111.809973Gbit/s的OTU4中。由于單波100G速率非常高，對于各種物理損傷容限，如光信噪比(OSNR)、偏振膜色散(PMD)等提出了更高要求，需要使用特殊技術來降低傳輸光纖線路上傳輸光信號的波特率來提升損傷容限。例如，采用高階的編碼調制技術如正交相移鍵控(QPSK)、8相移相鍵控(8PSK)、正交幅度調制(QAM)、正交頻分復用(OFDM)等，并結合偏振復用解復用技術。由于單波傳輸100GE對偏振膜色散(PMD)、色度色散(CD)有更嚴格的要求，因此，未來在接收端可能采用相干接收/電處理的方式，來提升對物理損傷的容限，包括非線性效應抑制、PMD、CD補償等，從而使單波100GE能夠在10G/40G網絡中混合傳送、平滑升級。
從長期來看，100GE DWDM傳輸將采用偏振復用、高階編碼調制、相干接收/電處理、超強FEC等技術的組合解決方案，從而可以平滑的將40G光網絡升級到100G系統(tǒng)。由于100G傳輸需要高速光電器件的支撐，預計2012年，這些高速光電器件將會趨于成熟。
對應于以上介紹的關鍵技術，100Gbit/s以太網不單單是解決接口構建的技術，更需要同步提升系統(tǒng)的處理能力，對應大容量的交換系統(tǒng)，高帶寬的流管理和包處理能力，才能提供線速的處理和轉發(fā)，提供電信級的特色功能。類似中興通訊新開發(fā)的ZXCME 9500城域以太系列硬件平臺目前就可以支持到100Gbit/s接口帶寬，還保留有足夠的冗余和加速比，可以支持單個100Gbit/s接口真正的線速轉發(fā)，不需要更換交換網，系統(tǒng)散熱也完全支持，只需要增加新線卡就可以。系統(tǒng)升級后，可以支持到單線卡雙向400Gbit/s以上的帶寬。與此同時，解決了單機系統(tǒng)的問題100G以太網接口的應用還受制于傳輸網絡的技術提升，100GE走向商用還有待時日。
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