1、40G以太網標準
在以太網標準中，40G是個“另類”的以太網速率。從10M->100M->1000M（1G）->10G，以太網一直都是以10倍的速率來定義更高的接口速率，而40G的出現第一次打破了這個規(guī)律。是什么原因使得IEEE改變了以太網接口速率一直以來所遵循的規(guī)律？
早在2006年下半年，IEEE就成立了HSSG（HigherSpeedStudyGroup），目標是要研究制定下一代高速以太網100G的標準。隨著工作組相關工作的深入開展， 40G以太網被明確的提出，技術上的分歧也隨之凸顯，40G還是100G？下一代以太網的標準之路從一開始就面臨一個艱難的抉擇。
將40G以太網作為下一代標準，其支持者有著非常充分的理由：40G端口的相關技術和產業(yè)鏈相對成熟得多，在芯片成本、光模塊成本和端口部署等方面都有著非常現實的意義，可以很快實現規(guī)模性的商用。而100G的支持者更愿意面臨更大的技術挑戰(zhàn)：雖然100G在諸多方面都存在技術和成本問題，但基于10G*10=100G的考慮，不能因為技術上的原因就放棄它。雙方的分歧與爭論一直持續(xù)著，并影響了最終發(fā)布的結果——40G和100G同時被定義下來。不過從市場定位來看，兩者各有所側重：40G以太網主要面向數據中心的應用；而100G以太網則更側重在網絡匯聚和骨干。
IEEE的40G/100G以太網標準發(fā)布的同時，多個光通信標準組織也在積極制定相關規(guī)范，涵蓋40G/100G器件、光模塊、OTN開銷處理、系統(tǒng)設備等領域。具體來說，IEEE主要制定客戶側的網絡接口和以太網相關映射標準，為40G/100G客戶側接口提供了規(guī)范；ITU-T主要制定運營商網絡相關標準，2010年該組織對G.709標準進行了一次修訂，進一步規(guī)范了OTN接口標準，把40G/100G以太網的承載和映射進行了明確的定義；OIF則負責制定40G/100G波分側光模塊電氣機械接口、軟件管理接口、集成式發(fā)射機和接收機組件、前向糾錯技術的協議規(guī)范，有力地推動了波分側接口設計標準化。
從2010年下半年開始，芯片供應商們明顯加快了在40G/100G以太網上的開發(fā)節(jié)奏，我們有理由相信，40G/100G相關標準的正式發(fā)布，必將完全激活整個產業(yè)鏈的研發(fā)熱情。在2011年以至未來，40G/100G必將成為技術熱點。
2、40G的需求高速增長
隨著IT行業(yè)的高速發(fā)展，云計算、虛擬化、高清視頻、電子商務、社交網絡以及飛速發(fā)展高速無線網絡等等各種新興業(yè)務的不斷涌現，都給基礎網絡帶來了巨大的機會和挑戰(zhàn)。
從業(yè)務層面來看，三網融合給網線賦予了更為豐富的內容：下載文件，電子購物，在線觀看高清視頻，以及高清視頻通話等等。這也使得用戶的帶寬需求從64K迅速上升到10M、100M，甚至千兆。有數據表明，10G端口的增長速度已遠遠高于低速端口的增長速度，在接入和客戶端設備上10G端口的應用正越來越多。這勢必會引發(fā)網絡匯聚層和骨干層對40G、100G端口需求的迅速增長。
云計算的部署，更加速了業(yè)務對網絡帶寬的需求。海量的數據在不斷的交互，網絡正在成為人類的第二個生活空間，越來越多的事情正在或將要在網絡上進行。更強大的數據中心、更高的網絡帶寬是實現這一切的物理基礎。這場革命已逐漸滲透到數據中心內部。處理器技術的飛速發(fā)展和業(yè)務的無限豐富推動了虛擬化技術在數據中心廣泛應用，千兆端口已不能滿足服務器對接口的需求。隨著數據中心網絡建設的融和趨勢，局域網、存儲網絡和高性能計算網絡融正逐步統(tǒng)一到以太網接口上，如圖1所示，這也大大增加了服務器對10G、40G以太網接口的需求。一旦10G、40G接口成為服務器的普及端口，數據中心內部40G、100G的互聯交換機接口就變得十分必要和緊迫。不僅如此，超大型的數據中心往往有很大的地域跨度（考慮到數據中心機房對電力、空間等的特殊需求，往往會建立在一些比較偏遠的地方），這些數據中心的互聯以及同Internet的接入都需要更高速率的鏈路。
圖1 數據中心的融合網絡
從網絡的架構來看，網絡的扁平化和融合也都大大促進了40、100G高速接口的發(fā)展，如圖2所示。網絡的扁平化對高端/核心路由器提出了更高端口密度和更高速率上行接口的要求，如每槽位需要32個10GE接口。在如此高密度、大容量的接入帶寬下面，上行接口的帶寬就有了更高的需求。比較常見的部署就是用多個10G端口進行聚合和捆綁，來實現更高性能的上行接口�？梢�，40G、100G的接口需求不僅現實的，而且是迫切的。
核心路由器在40G、100G接口上的技術突破，尤其是100G接口的出現，也極大的推動了傳輸網絡的發(fā)展。IEEE、ITU-T和OIF聯手定義了40G、100G接口如何利用DWDM實現長距傳輸，并提出下一代傳輸網絡OTN。在OTN的架構下面，40G、100G乃至未來的400G、1T等高速接口都有了更廣闊的發(fā)展空間。從目前業(yè)界的技術發(fā)展來看，雖然從用戶側（Client）到線路側（Line）的映射（Mapping）標準中有多種封裝的定義，但在100G接口的實際實現上，100G以太網幾乎成為業(yè)界唯一的實現。從這個意義上講，以太網已經完全突破了“自我”，不再局限在“局域網和城域網”，而是真真切切“跑”到了骨干網上，成為“運營商以太網”。
圖2 承載網扁平化
說到OTN，就不得不說網絡的融合。這是一次“跨界”的融合，即數據通信網絡（IP網絡）和傳輸網絡（OTN）的融合。傳統(tǒng)的數據通信（IP）網絡和傳輸網（SDH/SONET/DWDM）在管理和運營上相互獨立，路由器“看不見”傳輸設備，只是把傳輸當成“一根很長很長，信號質量很好的電纜”。傳輸資源的分配和鏈路的建立都是完全通過“人”這個接口來實現的，業(yè)務的開通要經過申請、審批、配置執(zhí)行和調試等多個環(huán)節(jié)，開通的周期長，業(yè)務變更復雜。而在下一代傳輸網的架構中，IP和OTN網絡將最大限度的融合，通過對GMPLS的全面支持，實現控制平面的對接和互通，交換機、路由器以及傳輸設備都成為網絡上對等的節(jié)點。業(yè)務是端到端、按需的、動態(tài)的建立和拆除，極大的簡化了網絡的管理，并最大限度的實現鏈路帶寬和資源的高效率適用。當然，要達到這樣的目標在技術上還有很長的路要走，但融合的趨勢和意愿已經迫在眉睫，其帶來的一個必然結果就是路由器全面提供對能支持OTN（DWDM彩光）的接口，這也成為40G/100G接口出現動力之一。
再者，從降低網絡的投資成本和運營成本的角度來看，也對40G/100G端口有著明確的需求。如前文所述，為實現更高性能的上行接口，通常會在數據中心的核心交換機上用多個10G端口進行聚合和捆綁當然40GPOS可以解決單端口40G的骨干互聯問題，但是仍然無法達到100G）。雖然物理帶寬上實現了更高速物理接口的目的，但是鏈路聚合卻存在著以下問題：
Ø 數據流在多個物理端口之間要進行鏈路選擇（多采用HASH算法），這就會導致各個鏈路負載不均衡，從而降低聚合鏈路的有效帶寬。并且，不同的流量模型可能會將此現象加劇和惡化，大大降低鏈路的可用帶寬。
Ø 由于接口數量多，導致接口上連接的光纖數量大大增加，不僅僅給機房部署、設備維護帶來更大麻煩，更為重要的是，會對鏈路保護和倒換造成極大的困難，甚至無法實現。對于可靠性要求極高的應用來說，這是一個致命的缺陷。
Ø 會給用戶在網絡基礎建設方面帶來更多的投入，包括占用路由器、交換機上更多端口（或槽位），需要購買更多的光模塊、光纖，租用更多的低速端口鏈路等等。
當然，在40G/100G應用之初，這些高速接口本身還是“天價”，甚至遠大于多個低速接口的捆綁。但是隨著產業(yè)鏈的成熟和應用數量的增加，總體成本一定會快速下降到合理的范疇之內。到那個時候，單端口40G/100G在投資和運營成本上的優(yōu)勢一定會更加明顯的體現出來。
3、40G以太網在數據中心的部署
新的40G以太網技術首先可能部署在數據中心內，如圖3所示。這有助于打破接入交換機與配線交換機連接層面上的瓶頸。隨著企業(yè)開始在布線機柜內部署客戶端交換機10G以太網上行鏈路，以及10G以太網直接服務器連接，這些鏈路的聚合將形成網絡瓶頸，直到更高速度普及后才能打破。
圖3：整個數據中心網絡中的40/100G以太網部署
40G以太網最有吸引力的一大特點是應用的廣泛性和設計的靈活性�？紤]到生產效率的提升和OPEX的降低，正確遷移到40G以太網將帶來可觀的成本效益。在遷移到40G以太網時，一些網絡可以繼續(xù)使用目前的10G以太網交換機底盤，僅需升級線路卡和收發(fā)器。部署CFP尺寸收發(fā)器后，可以靈活地從40G以太網遷移至100G以太網。
4、40G光接口
40G以太網收發(fā)器是按照幾個標準尺寸開發(fā)的。CFP（C型可插入）收發(fā)器擁有12個10Gb/s發(fā)射通道和12個10Gb/s接收通道，只支持一個100G以太網端口或最多三個40G以太網端口。其尺寸較大，適合單模光纜，也可輕松地匹配多模光纜或銅纜。CXP尺寸的收發(fā)器也在每個方向上提供12個通道，但比CFP小很多，適合多模光纜和銅纜。QSFP（四通道小型可插入）與CXP尺寸相當，提供4個發(fā)射通道和4個接收通道，支持目前的40G以太網多模、單模光纜和銅纜應用。QSFP+還可能在通道速率增至25Gb/s后投入100GE應用。
其中，QSFP+光傳輸收發(fā)器模塊由于功耗低、尺寸小，更能夠廣泛應用于云計算、數據中心、企業(yè)網、局域網（LAN）和存儲局域網（SAN）等應用領域，該新模塊適用于長、短距離傳輸。其主要特性如下：
Ø 體積�。翰捎冒雽w封裝技術，內置4個激光器、探測器，可以支持客戶高密度單板的需求
Ø 熱插拔：需要增加帶寬時網絡運營商可以在不中斷網絡服務的情況下增加新的QSFP+ 模塊。
Ø 低功耗：功耗低于3.5瓦，而舊式CFP模塊功耗為8瓦。
Ø 長距離：高達10公里的企業(yè)網、LAN、SAN和電信網絡的客戶端光纖傳輸距離。
目前，常見的QSFP+光傳輸收發(fā)器模塊主要有三種：
1) 40GBASE-CR4
短距離銅纜方案，最大長度大約7米左右。
圖4：40GBASE-CR4
2) 40GBASE-SR4
用于短距離多模光纖，長度至少在100米以上。光纖接口為MPO/MTP，光纖類型為多模萬兆OM3/OM4。
圖5：40GBASE-SR4相關
3) 40GBASE-LR4
使用單模光纖，距離超過10公里。光模塊產生四種不同波長的光，以10G速度調制信號，再將其組合成一條光纖供客戶端網絡傳輸。該模塊也可以接收四光通道并重建40G信號，提供最長傳輸距離10公里的40G全收發(fā)器能力。
圖6：40GBASE-LR4相關
5、瑞斯康達40G萬兆交換機
ISCOM3948XF-4Q交換機是瑞斯康達自主開發(fā)的數據中心級高密40G萬兆以太網交換機產品，是業(yè)內最高性能的交換機之一，同時提供最多24/4 8 個全線速萬兆接口以及4個40G上聯口，使萬兆服務器高度接入和園區(qū)網高密度萬兆匯聚成為可能。
ISCOM3948XF-4Q交換機采用業(yè)界先進的硬件設計，支持豐富的業(yè)務特性、完善的安全控制策略、豐富的QoS等特性以滿足數據中心擴展性、可靠性、可管理性、安全性等諸多挑戰(zhàn)。同時模塊化的雙電源、雙風扇（前后/后前風道）設計大幅提升設備的可靠性。ISCOM3948XF-4Q交換機定位于下一代數據中心及云計算網絡中的高密萬兆接入，也可用于企業(yè)網、城域網的核心或匯聚。
圖7：ISCOM3948XF-4Q
5.1 產品特點
Ø 性能卓越
n 1.28T交換容量
n 全線速交換包轉發(fā)率達到952.32Mpps
n 萬兆光纖支持最大80公里的遠距離傳輸，可直接連入城域骨干網
Ø 安全可靠
n 限制端口最大連接主機數量
n 支持IEEE802.1x，提供基于端口的用戶認證
n 以太網接口進行多路綁定，增加帶寬和系統(tǒng)冗余
n 強大的ACL，支持L2-L4層數據過濾
n 支持QinQ、靈活QinQ功能
Ø 使用維護方便
n 采用集群技術，利用統(tǒng)一的IP地址進行集中管理，節(jié)省地址資源
n 可以通過控制口、Web、SNMP等多種方式管理
n 可以通過TFTP進行軟件升級和BootRom升級
n 支持DHCP服務器和中繼功能，動態(tài)分配IP地址
n 支持SFP標準化接口，有效保護用戶投資
n 提供冗余電源及冗余風扇，增加系統(tǒng)可靠性
Ø 強大的流量和廣播管理
n 自動檢測并抑制廣播風暴，支持IGMP報文的偵測，有效限制廣播報文的泛濫
n 支持全雙工模式和半雙工模式的流量控制
n 支持以太網接口以8K為步長的速率限制
n 支持IP組播和QoS
5.2 技術參數
