40GE/100GE和并行OTN接口的標準化和設備發展現狀

荊瑞泉

（中國電信股份有限公司北京研究院 北京 100035）

1 引言

隨著互聯網業務的持續高速增長，目前運營商的IP骨干網已經普遍采用40 Gbit/s鏈路，100 Gbit/s鏈路的應用即將到來。而骨干路由器采用的40 Gbit/s POS接口存在價格昂貴的問題。因此運營商迫切希望有一種替代POS的接口技術能夠降低網絡建設成本，同時又能夠滿足網絡維護的需求。在這種背景下，IEEE于2010年6月18日正式發布了40GE和100GE接口技術標準IEEE 802.3ba-2010。該標準的發布不僅是以太網技術的又一次飛躍，同時對POS技術也是一個挑戰。路由器高速接口類型的選擇成了運營商骨干和城域組網面臨的一個關鍵問題，可選接口類型包括40 Gbit/s POS、40GE、40GE OTN、100GE和100GE OTN。

根據初步了解，路由器40GE OTN和40GE并行接口由于采用相同的光模塊，成本相當，低于40 Gbit/s POS成本約30%，具有較大的成本優勢。傳輸設備40GE和并行OTU3接口（即OTL3.4）成本是 40 Gbit/s SDH/OTN串行接口成本的1/2左右，具有很大的成本優勢。另外40GE LR4和OTL3.4接口的傳輸距離為10 km，遠大于40 Gbit/s SDH/OTN串行接口的2 km，從而方便運營商的組網應用。

2 40GE/100GE和OTN接口的標準化

2.1 IEEE

IEEE關于40GE/100GE的標準化工作具體由802.3ba工作組承擔，2010年6月18日正式發布了定義40GE和100GE接口的IEEE 802.3ba-2010標準。

IEEE 802.3ba分別定義了4種40GE和100GE接口，其類型和定義見表1。對于骨干網應用，主要需要考慮目標傳輸距離為10 km的單模光纖傳輸的40 Gbit/s Base-LR4和100 Gbit/s Base-LR4接口。傳輸距離為40 km的100 Gbit/s Base-ER4可用于城域網中的光纖直連組網；傳輸距離為100 m的OM3接口主要用于機房內部連接。

值得注意的是，IEEE 802.3ba定義的40GE和100GE接口均為并行接口，從而降低了技術實現的難度和成本。

表1 40GE/100GE接口類型及定義

為了滿足運營商（AT&T主導）對40GE串行接口的需求，IEEE成立了802.3bg工作組，負責開發40GE串行接口規范（40 Gbit/s Base-FR）。40GE串行接口的目標是支持在單模光纖上傳送2 km；開發原則是利用已有的40 Gbit/s Base-R PCS、PMA、MAC層以及 IEEE P802.3ba已有的電子和邏輯接口，并在光層與運營商已有的40 Gbit/s客戶接口(OTU3/STM-256/OC-768/40 Gbit/s POS)保持兼容。主要參數如下。

·發送端波長:1550 nm；

·接收端波長:1290～1330 nm、1530～1565 nm；

·光功率預算:ITU-T G.693 VSR2000-3R2。IEEE 802.3bg標準在2011年6月已經完成并發布。

2.2 ITU-T

ITU-T關于OTN支持40GE/100GE和OTU3/OTU4的相關標準已經完成，并列入最新修訂的G.709標準中。G.709定義了40GE到ODU3、100GE到ODU4的映射方式均采用GMP（通用映射規程），可實現業務信號的透明傳送。在OTU3/OTU4串行接口的基礎上，定義了OTU3/OTU4并行接口（OTL3.4/OTL4.4）。OTL3.4/OTL4.4并行接口使用與40GE/100GE接口相同的光器件，以便降低接口成本。

ITU-T G.695定義了支持并行OTU3接口的應用代碼C4S1-2D1；G.959.1定義了支持并行OTU4接口的應用代碼4I1-9D1F&4L1-9C1F。

3 100GE接口光模塊發展現狀

基于WDM技術的100GE并行接口目前有100 Gbit/s Base-LR4 （4×25 Gbit/s）和 10×10 Gbit/s兩種方式，其中10×10 Gbit/s為非標準接口。產生這種狀況的原因是10×10 Gbit/s的CFP光模塊在市場上最先商用，主要是Google等互聯網公司的支持，已經部署的數據設備和傳輸系統采用這種接口類型。由于10×10 Gbit/s接口所采用的光模塊只有一個廠商支持，并且沒有得到IEEE 802.3ba標準的采納，因此其發展前景并不被看好。

而100 Gbit/s Base-LR4是IEEE 802.3ba標準定義的接口。早期的LR4 CFP光模塊由于只有一個廠商支持，功耗大，可靠性低，成本高，因此影響了其推廣應用。目前的LR4 CFP光模塊已經得到了3～4個廠商的支持，解決了早期光模塊存在的主要問題。根據對路由器和傳輸設備廠商的調研，目前LR4已經成為100GE接口的主流選擇。

未來100GE接口的發展趨勢是開發第二代光模塊技術(CFP2)，采用4×25 Gbit/s串行電接口技術，進一步降低每比特功耗、體積和成本，提高集成度和性能。第二代100GE接口光模塊技術目前主要應用在存儲和高性能計算和路由器，可以大幅度節約體積、功耗和成本，但目前其在標準化、性價比和產業鏈等方面尚需進一步完善。

4 路由器和傳輸設備支持情況

根據對相關設備廠商的調研和實際測試，目前主流路由器和WDM/OTN設備廠商均已支持40GE LR4接口，均采用可插拔的CFP光模塊。還有部分路由器和傳輸設備廠商支持OTL3.4接口，且與40GE LR4接口使用相同的光模塊，可通過軟件進行兩種模式之間的切換。為了便于理解，圖 1給出了路由器 40 Gbit/s POS、40GE和 40GE OTN（OTL3.4）3種接口封裝協議比較。40GE與 40GE OTN接口的主要區別是增加了將64B/66B編碼轉換為513B編碼的過程，并映射封裝到OPU3/ODU3/OTU3/OTL3.4的過程。

圖1 封裝協議的比較

主流路由器和WDM/OTN設備廠商均已支持100GE LR4接口，均采用可插拔的CFP光模塊。目前路由器設備均不支持OTL4.4接口，傳輸設備均已支持OTL4.4接口，用于不同傳輸系統間的互聯。另外部分路由器和傳輸設備還支持非標準的10×10 Gbit/s 100GE光接口，其采用的CFP光模塊大小與LR4 CFP相同，即在同一接口上可以插不同的CFP模塊。

目前只有一個路由器廠商支持40GE FR接口，傳輸設備均不支持。

5 40GE/100GE和OTN接口互通測試情況

為了推進40GE/100GE和并行OTN接口在IP骨干網中的應用，驗證路由器和傳輸設備的互通性，近期對主要路由器和傳輸設備廠商的40GE/100GE和并行OTN接口的傳送相關功能和互通性進行了測試。主要測試內容包括40GE/100GE業務的互通性、接口告警功能、BIP-8誤碼性能統計、SD/SF功能、環回功能和轉發性能等。基本測試配置如圖2所示。

圖2 基本測試配置

5.1 40GE/100GE業務的互通性

主流傳輸設備廠商的OTN/WDM設備之間均通過OTU3/OTU4接口互聯實現了40GE/100GE業務的互通，同時均可通過40GE/100GE業務接口實現不同廠商之間的互通。

采用40GE LR4/100GE LR4接口，不同廠商路由器之間均實現了40GE/100GE業務的互通，性能指標正常。路由器和傳輸設備之間均實現了40GE/100GE業務的互通，對路由器的業務轉發性能沒有影響。

5.2 40GE/100GE接口告警功能

故障告警功能的測試拓撲如圖3所示。各廠商路由器40GE/100GE接口均支持 IEEE 802.3ba定義的 LF（local fault）和 RF（remote fault）告警功能，并能由 LF&RF 告警觸發端口down，從而避免了傳統以太網鏈路存在的單通問題。不同路由器廠商之間、傳輸設備之間、路由器和傳輸設備之間均實現了LF&RF功能的互通。

圖3 故障告警功能的測試拓撲

目前路由器設備在LF&RF告警顯示方面還存在不足，即都只能在Log中顯示告警信息，而不能在接口狀態中進行顯示。當Log信息很多時，告警查看不是很方便。

5.3 40GE/100GE接口BIP-8誤碼性能統計和SD/SF功能

與傳統以太網相比，40GE/100GE技術在OAM方面的主要特點是增加了BIP-8誤碼檢測能力，從而可以提供與OTN類似的誤碼性能檢測能力。測試結果表明，多數被測路由器的40GE/100GE接口支持以太網PCS層的BIP-8誤碼性能統計，并支持通過SD（信號劣化）/SF（信號失效）告警觸發端口down。

在進行路由器與OTN/WDM互通性測試時，需要從OTN儀表插入隨機線路誤碼，然后在路由器以太網接口上查看以太網誤碼計數。由于以太網報文被封裝在OTN幀的凈荷里，OTN報文中存在一些OTN的開銷和填充，線路誤碼可能發生在開銷和填充字節，也可能發生在凈荷區域。因此以太網報文的誤碼分布存在很多可能性，如OTN儀表插入2個誤碼，以太網層可能沒有誤碼，也可能是1個或2個誤碼。因此，以太網層的誤碼與OTN層的誤碼之間不是一一對應的關系。

5.4 40GE/100GE接口外部環回檢測功能

外部環回檢測可以用于離線的故障定位。基于PPP/HDLC封裝的POS接口支持顯示的外部環回檢測功能，而傳統的GE/10GE接口則不支持，從而給網絡的維護造成不便。

圖4 外部環回測試拓撲

外部環回測試拓撲如圖4所示。通過對40GE/100GE接口外部環回檢測功能的測試，發現可以通過觀察端口的up/down狀態判斷是否進行了外部環回:

·端口down，表示未進行外部環回；

·端口up，表示進行了外部環回。

上述檢測方法對于光纖環回和經過傳輸設備的環回兩種情況均適用。

5.5 40GE OTN接口互通測試情況

40GE OTN接口的測試內容與40GE基本相同。測試結果表明，路由器和OTN/WDM設備之間通過OTL3.4接口互聯，可以實現業務的互通，吞吐量和時延指標正常。測試設備的OTL3.4接口的OTN開銷和告警功能完善，符合OTN標準規范。路由器40GE OTN接口的環回功能與40GE接口相同。40GE OTN接口的SD/SF功能還需要進一步完善。

6 結束語

目前，主流傳輸和路由器設備廠商均已支持40GE/100GE接口，路由器和OTN/WDM設備的40GE/100GE接口的互通性已經成熟。路由器40GE/100GE接口的告警、環回等故障管理功能已經比較完善，可以滿足現網的應用需求。路由器40GE/100GE接口的誤碼性能管理能力還需要進一步完善，包括誤碼性能統計和SD/SF功能。

路由器采用40 Gbit/s/100 Gbit/s OTN接口，可以利用OTN提供的豐富的開銷和OAM能力。同時傳輸和數據專業維護界面清晰，可以沿用現有10 Gbit/s/40 Gbit/s POS接口的維護管理方式。但是目前支持的設備類型還很少，建議國內運營商能夠積極推動設備廠商進一步完善對40GE和OTN接口的支持，滿足運營商網絡從40 Gbit/s POS向40GE/100GE演進的需求。

在符合標準的情況下，40GE和40 Gbit/s OTN兩種接口均可滿足網絡維護需求，降低網絡建設成本，具體接口類型的選擇需要綜合考慮設備支持情況、成本和維護方式等因素。100GE與100GE OTN接口的情況類似。

1 IEEE 802.3ba.40 Gbit/s and 100 Gbit/s Ethernet,2010

2 ITU-T G.709.Interfaces for the Optical Transport Network(OTN),2012