400G 技术

什么是 400G?

400G 是高速以太网客户端接口的最新标准。400G 最初称为 IEEE 802.3bs,于 2017 年 12 月获得正式认可,成为更为广泛的相关主题系列(例如 200G、下一代 100G 和 50G 以太网)的一员。 

400G 推动了全新可插拔光模块和开关的快速发展和应用。这项新标准有时称为 400GE 或 400G 以太网,它包含正向纠错 (FEC) 功能,可改善性能和降低功耗。早期的 400G 网络元件已成功完成试验,预计在 2019 年进行初步部署。 

400G 有多快?

“指数级改进”一词如今可能稍微有点使用过度,但对于 400G 而言,这个词恰如其分。1999 年引入了千兆以太网(意指帧传输速度为每秒千兆比特的以太网协定)的概念。 

十万兆以太网用于描述每秒 100 千兆比特及更高的传输速度。真正的十万兆实际上是指每秒一万亿比特的速度 – 一种预期的未来状态。400G 的速度达到每秒 400 千兆比特,比 21 世纪初的以太网性能提升了 400 倍。作为对比,这种相对变化大致相当于一只加拉巴哥象龟和一只全力出击的猎豹的移动速度差异。

400G 以太网的速度如此之快,以至于它超过了激光开/关二进制调制方案能力,该方案已经无法跟上这种速度。为了弥补这一点,制定了 PAM-4 调制标准,这种标准利用四个(而不是两个)振幅电平,以便使总体调制速率加倍。信号电平之间的间隙现在小很多,因此 PAM-4 信号更容易受到噪声影响。 

400G 不仅仅意味着新的以太网端口和调制进步。这种范式转变迫使整个网络生态系统必须要发生改变和调整,以全新独特的方式为带宽部署提供灵活性和可扩展性。 

400G 测试

在 100G 以太网之前,客户端光学器件测试与当今相比要简单得多。每个信道的比特误码率 (BER) 都可以量化,并且通常会使用一段预定义的时间内的“零”误码作为通过/未通过标准。随着不归零制 (NRZ) 被 PAM-4 调制和 FEC 所替代,400G 测试和验证变得复杂了很多。仅仅增加带宽就大大提高了测试的难度。 

400G 测试所面临的挑战

更高的速度以及 PAM-4 调制的使用使得吞吐量有了不可思议的提升,但也带来了 400G 测试所面临的固有挑战。PAM-4 调制使物理层变得复杂。链路始终会有误码,因此简单地将误码量化或者基于“零”误码机制进行测试不再能够满足要求。 

提升的速度和 FEC 技术的使用意味着某些具有较高原始误码率的模块在 FEC 之后将能无误运行,而其他模块无法无误运行。需要对误码分布和统计数据有更进一步的了解才能将可接受的误码码型从不可接受的误码码型挑出来,并确定真正的根本原因。FEC 逻辑复杂而庞大。需要同时针对逻辑验证以及动态性能对其进行测试。

400G 还使得元件的集成愈发增多,例如 QSFP-DD 和 CFP8 可拔插光学器件模块。举例来说,CFP8 就非常复杂,这台非常小型的设备中集成了激光器和驱动器、高性能光电二极管以及微控制器。同时,由于增加了这些元件,因此还需要能够单独以及在总体网络结构内对这些组件进行 400G 测试和验证的策略。

正因为 400G 所固有的额外以太网复杂性,所以务必要对与设备和测试周期时间关联的成本加以控制。具备领先优势的 400G 测试工具可以缓解这一问题,它能提供可加快支持 400G 转变的新产品的上市速度,同时可对可能会妨碍有竞争力的定价模型的相关开发和制造测试成本加以抑制。 

400G 测试工具
可扩展性、灵活性和可升级性是高效 400G 测试解决方案必不可少的元素。基于最新 400G/200G (IEEE 802.3 bs) 标准的 ONT-600 400G 包含先进的误码分析功能以及 CFP8 测试插槽。现场可编程性意味着在标准演变时可以轻松地更新。ONT-600 400G 还支持 FEC 和 PAM-4 调制。此测试解决方案提供了一个理想的平台,可在高速网络生态系统的关键阶段对这些技术的设计、开发和验证提供支持。 

高密度 100G (N-port) 能够以较低的误码率为 400G“猛兽”提供数据,在 400G 测试中扮演着重要角色。N-port 模块是一种用于测试和系统验证的 4 端口设备,具有四个本机独立 QSFP28 和 SFP28 端口。先进的测试应用程序以及覆盖范围能够为新组件和模块的开发及测试提供帮助,同时使服务提供商能够使用适用于现有以及新兴技术的重要测试工具。

400G 网络

密集波分复用 (DWDM) 大幅提升了光纤带宽。使用这种方法,单一光纤信道能够以 400 Gb/秒或更高的速度传送数据。链条的坚固(快速)程度取决于它最薄弱的一环,而 400G 以太网的发展现在弥补了核心路由器和 DWDM 设备之间的带宽差距。400G 以太网接口使网络元件的全部容量能够以正确的密度得到满足,从而实现无缝且没有阻碍的吞吐量。现代的交换机 ASSP(例如 Broadcom Tomahawk 系列)可在一个 IC 内转换 12 万亿比特的流量。400G 接口可以很好地将这种巨大的带宽容量与前面板带宽密度相匹配。 

FlexE

灵活以太网 (FlexE) 是光互联网络论坛 (OIF) 最后于 2016 年发布的一项客户端接口标准。顾名思义,其意图是为了提供一项足够灵活的标准,通过引入一种贯穿 MAC 和 PCS 层的“夹层”,从而推动以太网和物理接口(服务器)之间的连接。这样就可以支持各种各样的 MAC 速率,独立于服务器接口。FlexE 提供了一种对多条链路进行粘合的方式。例如,400G 可采用单独管道、两条 200G 链路或四条 100G 链路的方式传递。 

FlexO

光传输网络 (OTN) 的 ITU-T 标准为通过光纤链路连接的光网络元件提供了推荐的接口和线速率。 

OTN B100G 是此标准的扩展,适用于超过 100 Gb/秒的数据速率。 ITU-T 不是为类似的链路类型制订新的或不同的规范,而是利用 IEEE 802.3 中的已完成规范来确定如何在 OTN 接口上使用相同的可拔插模块。这通常称为“FlexO”。

为何应关注 400G?

通过 400G 实现所获得的效率将对整个高速网络生态系统产生影响。这包括急切盼望并依赖于这些改进来维持其生命线的芯片和模块制造商、测试设备和服务行业、互联网特大企业以及电信服务提供商。 

提供云服务的 Web 2.0 公司将利用 400G 来满足其不断增长的数据中心的密度需求。同样,电信服务提供商必须要在他们自己庞大的数据中心中跟上超级互联的用户群的发展速度。这些大规模公司现在正在加快步伐推动 400G的实施,以便满足服务器速度要求。市场将需要更加通用和紧凑的产品,光模块开发者将从这一需求中获益。

最终用户基本上看不到 400G 所带来的行业变化,但 400G 的到来将使网络能够实现高速、无缝性能的预期目标。流媒体视频、虚拟游戏以及物联网 (IoT) 只是将从 400GE 网络标准中获益的应用领域的几个例子。

100G 和更高

100G 和 400G 之间的兼容性可以简化测试和升级,而且还具有很好的商业意义。首批 100G 以太网解决方案于 2010 年引入,一直到 2016 年都发展缓慢。 

截止到 2017 年,QSFP28(一种每通道可传送 28G 数据的四重小型可热插拔收发器模块)的引入帮助 100G 踏入了主流行列。100G 模块的成本缩减和设计增强实现了像 QSFP-DD 这样的向后兼容技术,这种新的模块类型类似于标准 SFP,但具有额外的触排,从而实现了双通道电气接口。

为 100G 缓慢打下根基的可插拔光学组件的发展也将使 400G 以太网更加高效。CFP8 是一种光收发器,它可在支持 400GE 的 1 RU 主机系统卡上实现 6.4 Tb/秒的传输速度,同时能将 QSFP28 的 100G 端口密度加倍。OSFP(光学小型可插拔)支持 400G 功率要求,并包括集成的散热器,可满足散热需求。

也可以使用在开发时考虑了 400G 的尖端科技(包括 PAM4 调制和 KP4 FEC)来提高 100GE 的密度并降低其成本。随着这些技术的成熟,100G 产品预计将能完全利用 400G 发展所产生的改进机会。

不止于带宽

400G 与生俱来的非凡速度提升是以太网能力的一次巨大飞跃。但是,提升的速度和带宽只是冰山一角。400G 不仅提供更多的带宽,它还以正确的密度提供正确的带宽。 

对云计算和电信服务提供商的需求将不断推动数据中心服务器达到其物理极限。消除以太网曾经存在的瓶颈会对整个网络前景产生不可估量的影响。像 PAM-4 这样的技术创新已使这一增强成为可能,但同时又为 400G 测试和验证实践带来了新的障碍。不断应对这些挑战意味着一马当先进入新的网络性能时代。
 

开始使用 VIAVI 产品测试 400G!

您是否准备好采用我们的 400G 测试产品或解决方案之一进行下一步工作? 请填写以下一个表单以: