什么是 400G？
400G 是大容量以太网客户端接口的重要标准。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技术系列（包括 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，可改善数据可靠性。随着网络运营商和服务提供商获得带宽和效率提高的好处，400G 网元的采用速度继续加快。
400G 有多快？
“指数级改进”一词稍微有点使用过度，但对于 400G 而言，这个词恰如其分。
- 1999 年引入了千兆以太网（意指流量传输速度为每秒千兆比特的以太网连接）的概念。
- 太比特以太网用于描述能够以 100 Gbps 及更高速度处理大量端口的交换结构。真正的太比特是每秒一万亿比特。
- 400G 的速度达到 400 Gbps，比 21 世纪初标准的 1Gig 以太网性能提高了 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，以至于它超过了传统的激光开/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，以便使总体比特率加倍。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 过渡带来的不仅仅是新的以太网端口和调制方面的进步。这种范式转变迫使整个网络生态系统必须要发生调整，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任务要简单得多。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。单单是带宽的增加就已经大大提高了测试的难度。
难题
更高的速度以及 FEC 和 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 测试所面临的一些固有挑战。
- PAM-4 调制使物理层变得复杂。400G 链路始终会有传输错误，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。
- FEC 技术的使用提升的速度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深入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功率性能对其进行测试。
- 用于 400G 的 QSFP-DD（四路小型可插拔双密度）可插拔光学模块是一个复杂的奇迹，将集成激光器和驱动器、高性能光电二极管和微控制器集成到一个非常小的设备中。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。
- 400G 以太网的复杂性使得控制测试设备成本和测试周期时间变得至关重要。领先于技术曲线的 400G 测试工具可以缓解这些担忧，提供现成的选项来支持 400G 过渡，并加快新产品的上市时间。
400G 测试工具
可扩展性、灵活性和可升级性是 VIAVI ONT 800G 以太网模块提供的有效 400G 测试解决方案的基本特征。这款多功能、多协议、多端口测试平台基于最新的 400G/200G (IEEE 802.3bs) 标准，提供 400G 级以太网流量生成以及高级以太网告警和错误测试。VIAVI 测试包格式的高精度时序确保了高效的以太网性能验证，并加快了验证速度。
VIAVI ONT 400G CFP8 模块支持所有 400G 光学设备，提高了灵活性。业界首款 400G 测试产品包括高级错误分析功能和 QSFP-DD 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 400G 模块还支持 FEC 和 PAM-4 调制。该测试解决方案是设计、开发和验证下一代高速网络组件和系统的理想平台。
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，单一光纤通道能够以 400 Gb/秒或更高的速度 传送数据。网络的强度（或速度）取决于其最弱的链路，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。Broadcom Tomahawk 系列等现代交换机专用标准部件 (ASSP) 可在一个 IC 内转换 12 万亿比特的流量。400G 接口将这种巨大的带宽能力与前面板带宽密度相结合。
- FlexE
灵活以太网 (FlexE) 是光互联网络论坛 (OIF) 率先于 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，独立于物理接口。
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。ONT 平台的多个测试模块支持以 400G 和子线速率测试 FlexE 生成的流量。
- FlexO
光传输网络 (OTN) 的 ITU-T 标准 G.709 和 G.709.1 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 Gbps 的数据速率。
ITU-T 已经利用了 IEEE 802.3 和光互联网络论坛 (OIF) 的关键概念来确定如何将相同的可插拔模块用于 OTN 接口。这通常被称为灵活 ONT 或“FlexO”，是一种为 400GE 及以上以及 FlexEthernet 流量提供 OTN 结构的机制。
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。这包括依赖于这些改进来满足不断增长的需求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。
- 提供云服务的超大规模公司将利用 400G 来满足其不断增长的数据中心的密度需求。
- 电信服务提供商必须使用他们自己庞大的数据中心跟上超级互联的用户群的发展速度。
- 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。
- 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。
- 400G 的出现使网络能够跟上对高速、无缝性能的期望。
- 高速流媒体视频、虚拟游戏和物联网 (IoT) 等突破性 5G 使用案例只是受益于 400GE 网络的几个应用。
100G 和更高
除了具有良好的商业意义外，100G 和 400G 模块之间的兼容性还可以简化测试和升级。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。 在此后的几年里，随着组件和解决方案的商业化，400G 的采用在多年的轨迹上取得了进展。
- 100G 模块的成本降低和设计改进带来了向后兼容技术。为 100G 开发的高级可插拔光纤组件使 400G 以太网更加高效。
- 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。
- QSFP-DD 是一种新的光收发器模块类型，类似于标准 QSFP，但增加了一行触点，使电气接口的通道数增加了一倍。QSFP-DD 在 1 RU 主机系统卡上提供 6.4 Tb/秒的速度，支持 400GE，同时提供两倍于 QSFP28 的 100G 端口密度。
- OSFP（光学小型可插拔）模块支持 400G 功率要求，并包括集成的散热器，可满足散热需求。与 QSFP-DD 不同，OSFP 端口需要特殊的适配器才能向后兼容 100G QSFP。
- 超大规模 ICP 继续专注于下一代 800GE 技术。虽然 QSFP-DD 向后兼容 100G，但其物理设计提供的增长潜力较小，无法支持更高的数据速率。由于 OSFP 已为 800GE 做好了准备，行业巨头甚至在支持基础设施可用之前就继续依靠这一模块策略。
- 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 的巨大速度提升代表着以太网性能的巨大飞跃。然而，提高速度和带宽只是所考虑的问题的一部分。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。 可靠性、可扩展性和能效的全面提升使 400G 成为我们快速发展的网络生态系统的可行技术。
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 PAM4 这样的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。