通往10 Gbps以太网的低速之路

较低的速度通常不能算是创新,但在10 Gbps以太网的领域内,两种“低速”互连标准,即LX4和CX4,正在降低实现成本,并实现新的应用。

　　具有讽刺意味的是,实现 10GE（10 千兆位以太网）连接的主要创新之一是与降低互连速度有关,而不是与提高互连速度有关。两种新的“低速” PMD（物理媒介相关）标准,即LX4 和 CX4,将在下一代系统中起作用。
　　IEEE（电气和电子工程师协会）在 IEEE 802.3ae 标准中定义了LX4,在该协会最近批准的IEEE 802.3ak 标准中定义了CX4,两种标准都是 10GE 的物理层实现方法,这两种方法充分利用公共的 XAUI（10 G比特附加单元接口）,从而降低成本,填补重要的应用空白。这两种标准服务于不同的领域,但它们的实现方法却有很多相似之处。
　　XAUI 是一块印制电路板内部芯片之间的一种对 IC 友好的连接。10GE 界把 XAUI看作一种连接到 PMD 模块的方式,并且可以使用它来建立底架之间的 10Gbps 串行连接。不过,LX4 和 CX4 不考虑对串行 10GE 连接的需求,而是采用 4 条并行工作的速度较低的“通道”（3.125Gbps）来达到 10Gbps 带宽。
　　最新企业交换系统中使用的插入式收发器模块在定义这些 PMD 标准方面起到主要作用。三个 10GE插入式收发器 MSA（多源协议）都提供“低速”XAUI 接口,即Xenpak、X2 和 Xpak,将首先在这些 MSA可创建LX4 和 CX4 两种标准赖以首先获得大量应用的平台。
　　随着企业部署新的系统,企业可能会像配置新系统那样在系统实现的后期选用哪一种 PMD 模块来实现新系统。作为经验法则,企业将从各种能够与所需媒体一起工作的PMD模块中为每条 10GE 链路选择成本最低的PMD模块。LX4 是适合于已安装的多模光纤 (MMF) 和单模光纤 (SMF) 的唯一选择,而 CX4 适合于短距离链路,而且对媒体类型没有任何限制。
　　LX4 和 CX4两种 标准都依赖“再定时”原理。按照再定时原理,被传输的数据要按照本地的时钟源再定时——按照本地定时域（晶振）来重新设置抖动预算。这种方法利用 10GE 中的 IPG（包间间隔）,从而允许插入和删除空闲列来消除输入数据和本地时钟源之间的小小频差。重定时在 LX4 和 CX4 应用中起着关键作用。
　　面向 MMF 的 LX4
　　网络工程师并不把 10GE 链路仅仅用于远距离系统。他们还把10GE 链路安装在数据中心等设施内。事实上,正在使用的 10GE 端口中, 50%以上都用在本地短距离链路中。在 FDDI（光纤分布式数据接口）时代安装的MMF非常适合于1 Gbps以太网,并能达到 3.125Gbps的数据速率。但它几乎不能进行 10Gbps 串行通信,其原因在于模态色散,多模光纤中的各个模态会使接收到的脉冲“展宽”。
　　所有数据速率都会发生模态色散,色散绝对数量几乎相同。问题在于,在数据速率为 10Gbps时,串行模态色散占据 100 皮秒“眼”的大部分,从而使100皮秒“眼”在 20M～30M MMF以后闭合。不幸的是,在最近这些年,MMF 应用于建筑物地板内和楼梯竖板内的水平装置中。很多装置可能而且的确有长达 300M的 MMF。这种情况会使这些装置无法实现 10Gbps 串行通信。对于那些想升级到下一代系统的数据中心来说,这是个大问题。
　　LX4可借助四条数据速率为3.125Gbps 的通道中的每一条来 实现 10GE。模态色散仍然会发生,但较大的 320 ps“眼”允许使用长得多的光纤。符合规范的 LX4 模块将绰绰有余地达到 802.3ae 标准规定的 240M～ 300M MMF长度极限。事实上,Emcore公司 等厂商已在现有 MMF 上验证了长达 2km的链路。
　　具体说明LX4 的最佳方法是采用 MSA 收发器,如Xenpak。Xenpak 的电输入端是 XAUI。首先,电路对四条 3.125Gbps 通道重新定时,然后每条通道驱动一个激光器。最后,一个波分复用器把这四个入（波长）组合在一起,在单根光纤上传输（图 1）。

图 1 , 在一个 LX4 模块中,波分复用器把四个波长组合在一起,在一根光纤上传输。

　　四个光发射器必须满足挑战性的规范。这四个波长的中心彼此距离25nm,宽度约13nm。DFB（分布式反馈）激光器具有 LX4 系统必需的特性。
　　激光源、检测器和 WWDM（宽波分复用）光学元件三者封装的进展已使实现LX4所需的物理空间大大缩小。为了符合 LX4 和 MSA两方面的要求,需要使用一些 IC ,芯片制造商们在这些IC方面取得了重要进展。由于取得这些进展,厂商们不仅正在 设计 Xenpak,而且还在为LX4设计更小的 X2 和 Xpak 模块。
　　LX4 的一些支持者还将LX4推广应用于距离 10km～40km公里的单模光纤系统。人们往往把 10Gbps 串行 LR（1310nm串行 LAN PHY）和ER（1550nm串行 LAN PHY）PMD 标准看作 10km距离的“基线”方法。但是,LX4 提供一种很有吸引力的替代方法：一种 PMD 标准既能解决 300M MMF 问题,又能解决 10 公里 SMF问题。
　　面向短距离应用的 CX4
　　CX4拟应用于最短的连接。大多数现代化系统广泛采用 XAUI,并将XAUI 用于 10GE转发器模块连接,更有吸引力的不是把 XAUI I/O 转换成10Gbps 串行I/O,供短距离连使用,而是在直接与 XAUI I/O连接。当然,连接器和相关的电缆产生的电损会超过正常的驱动XAUI I/O 元件时的电损耗。
　　行业领头人已经认识到开放式电连接标准的重要性,因此 IEEE 开发了 802.3ak 标准。CX4的目标是在数据中心内的系统实现长达15M的低成本的电连接。该标准组织希望这项标准很健全,并非常适用于隔板型系统和 Xenpak 等转发器模块。
 CX4 驱动器的电“输入端”可能是 XAUI。CX4 使用借自 Infiniband 系统的一个连接器和一条电缆。CX4 电缆连接包括每个方向中的四对屏蔽双轴电缆。