Power-LANs: 10 Gigabit Ethernet nach IEEE 802.3ae

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Vitel GmbH

Randbedingungen für 10 GbE

Für den lokalen Bereich ergeben sich folgende Randbedingungen für die Entwicklung von 10 GbE:

• MAC: vollständige Unterstützung der installierten Ethernet-Basis durch Beibehaltung des 802.3 Frame Formats und der Frame-Größe. Lediglich die Geschwindigkeit soll skaliert werden
• PMD: Unterstützung von Distanzen um 100 m auf installierter Multimode-Faser und bis zu 40 km auf Single Mode Faser
• LAN PHY: im LAN-Bereich Unterstützung der Datenübertragung auf „Dark Fiber“, also einer Glasfaser, die man ohne weitere Zwischenverstärker und Infrastruktur verlegt oder der Benutzung von Wellenlängenmultiplexern für rein optische LANs der nächsten Generation
• WAN PHY: Unterstützung für die Übertragung von Ethernet auf der installierten Transportsystem-Basis mit SONET- (US) oder SDH-Spezifikationen (EU), Benutzung gemieteter Dark Fiber Wege und spezifischer (gemieteter) Wellenlängen bei optischen Netzen.

10 GbE wird drei Haupt-Einsatzbereiche haben: im LAN als Backbone für Großunternehmen und Service-Provider, im MAN auf Dark Fiber und DWDM und im WAN als Kante und Zugriffssystem im Rahmen der OC-192 Infrastruktur. Im LAN wird 10 GbE die absolut dominierende (einzige!) Technik für die Verbindungen zwischen Switches, zwischen Switches und Servern, aber auch zwischen Gebäuden und Rechenzentren sein. Wir beschränken uns im Moment auf den LAN-Bereich, die WAN-Entwicklungen werden erst in späteren Folgen dargestellt.

Die Ziele von 10 GbE

Die High Speed Study Group von IEEE 802.3 hat eine Reihe von Zielen für den neuen 10 Gigabit Ethernet Standard definiert. 10 GbE soll kein neuer Standard werden, sondern die bereits bestehende Reihe der Ethernet Standards nach oben hin ergänzen.

Wichtige Elemente der Arbeit sind die Definition von MAC-Parametern und die Erweiterung der Betriebsmöglichkeiten für die Übertragung von LLC- und Ethernet-Rahmenformaten bei 10 GbE im Vollduplexmodus, wie er im 802.3 Standard definiert wird. Zusätzlich müssen Parameter und Mechanismen hinzugefügt werden, die die Entwicklung von Ethernet über das WAN mit einer Datenrate kompatibel zu OC-193c und SDH mit einer Nutzdatenrate VC-4-64c ermöglichen.

Der Standard definiert nur den Vollduplex-Übertragungsmodus. Die Halbduplex-(CSMA/CD)-Betriebsart wird bei 10 Gbps nicht mehr unterstützt. Für den Betrieb mit 10 Gbps müssen neue physikalische Schichten definiert werden. Der Standard soll aber nach oben die bisherige IEEE 802.3 MAC Client Schnittstelle (LLC) unterstützen, genau wie die IEEE 802.1 Architektur, das Internetworking und das Management.

Außerdem werden Objekte in Übereinstimmung mit den OSI- und SNMP-Management-Standards kreiert. Der Standard versteht sich als Upgrademöglichkeit für bestehende Netze, alles bis auf die Physik soll so gestaltet werden, dass Betreiber die neue Übertragungsgeschwindigkeit mit möglichst minimalem Aufwand in ihre bestehenden Szenarien eingliedern können.

Der wirkliche Unterschied ist aber, dass es zwei PHY-Familien geben wird, eine für den lokalen Bereich (LAN-PHY) und einen für das Fernnetz (WAN-PHY). Konkret lassen sich die Ziele wie folgt zusammenfassen:

• Erhaltung des 802.3/Ethernet Frame Formats an der MAC-Schnittstelle
• Erhaltung der funktionalen Anforderungen von 802 mit Ausnahme der Hamming-Distanz
• Erhaltung der minimalen und maximalen Frame Größen
• Alleinige Unterstützung des Vollduplex-Betriebes
• Unterstützung der sternförmigen Netzwerktopologie mit Punkt-zu-Punkt Verbindungen im Rahmen der strukturierten Verkabelung
• Spezifikation eines optionalen Media Independent Interfaces MII
• Unterstützung der P802.3ad Link Aggregation
• 10.000 Gbps an der MAC/PLS-Dienstschnittstelle
• Definition von zwei PHY-Familien: LAN-PHY mit 10.000 Gbps und WAN- PHY mit einer Nutzdatenrate nach OC-192c/SDH VC-4-64c
• Definition eines Mechanismus zur Adaption der MAC/PHY-Schnittstellen-Datenrate an die WAN-PHY-Datenrate
• Spezifikationen für die Physical Layer, die auf folgenden Medien wenigstens folgende Distanzen unterstützen: 100m über bereits instellierte Multimode-Fiber MMF; 300m über (neu zu installierende) MMF; 2, 10 und 40 km über SMF, technologieabhängig
• Unterstützung von Fiber-Kabeln aus der zweiten Ausgabe des ISO/IEC 11801-Standards

Wesentlich ist, dass das bekannte 802.3 Schichtenmodell, welches gerade um die Ein-Gigabit-Lösung erweitert wurde, nochmals erweitert werden muss. Von oben gesehen neu ist zunächst der optionale MAC Control Layer.

Unter dem Reconcilliation Sublayer folgt das 10 Gigabit Media Independent Interface XGMII. Für Steuer- und Regelungsaufgaben wird in diesem Zusammenhang ein ganz neuer Sublayer eingeführt, der XGXS bzw. der XMGII Extender Sublayer. Er ist dazu da, die Reichweite des XGMII durch Codierung zu erhöhen. Über das mittlerweile auf 10 Gigabit erweiterte AUI, das XAUI geht es deshalb nochmals in die XGXS, offensichtlich nunmehr in deren unteren, den „Ziel“-Teil.

So können vor allem Codierungen und Steuerbefehle vereinfacht nach unten durchgereicht werden. XGXS erhöht die Reichweite, denn die maximale Länge des XGMII ist ca. 7 cm, während die der XAUI ca. 50 cm ist. XGMII hat 74 Drähte in 2 Sets mit je 32 Datenleitungen, 4 Kontrollleitungen und einem Takt. Die XAUI hat 16 Drähte bestehend aus 2 Sets aus 4 unterschiedlichen Paaren. Die XAUI ist die Standard-Instanz der XGXS Dienstschnittstelle. Die XGMII ist die Standard-Instanz der PCS-Dienstschnittstelle und die Schnittstelle zum Reconcilliation-Sublayer. Die PCS-Dienstschnittstelle zwischen PCS und XGXS hat keine standardisierte Instanz sondern ist implementationsabhängig.

weiter mit: 10 Gigabit Ethernet LAN-PHY

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