未來以太網(wǎng)的發(fā)展路線圖

　　以太網(wǎng)自上個世紀(jì)70年代出現(xiàn)以來，由于其低成本，易部署，兼容性好，方便管理等特點目前已經(jīng)成為企業(yè)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域真正的統(tǒng)治者。在過去的40年里，以太網(wǎng)過去一直以10為倍數(shù)跨躍式地向前發(fā)展，從10Mbps發(fā)展到2010年的100Gbps，以及目前正在討論中的400Gbps，速度提高了40, 000倍。

　　以太網(wǎng)未來需要解決三個市場需求：

　　1.運(yùn)營商和光纖傳輸網(wǎng)(OTN)，必須提供領(lǐng)先的技術(shù)滿足帶寬需求的急劇增長

　　2.超大型的數(shù)據(jù)中心，交換機(jī)帶寬平均2-2.5年翻一番

　　3.企業(yè)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心，未來計劃采用云技術(shù)

　　從技術(shù)上來講，以太網(wǎng)以10為倍數(shù)向前發(fā)展是可行的，但是從投資和成本的角度來看，以10為倍數(shù)發(fā)展非常不經(jīng)濟(jì)，功耗和價格都會很高。2010年，以太網(wǎng)開始以4為倍數(shù)發(fā)展，出現(xiàn)了40G以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，未來以太網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器會以2為倍數(shù)向前發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)主干會以4為倍數(shù)向前發(fā)展，這個全新的發(fā)展路線圖會對以太網(wǎng)的發(fā)展注入新的活力。

　　IEEE目前正在開發(fā)的以太網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)有2.5Gbps, 5Gbps以太網(wǎng)，主要應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)接入點；25Gbps, 40Gbps，50Gbps以太網(wǎng)主要應(yīng)用于服務(wù)器；100Gbps, 200Gbps以太網(wǎng)主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)主干；400G主要用于運(yùn)營商中心機(jī)房，400G以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計于2017年頒布。　　

　　數(shù)據(jù)中心內(nèi)單模光纖和多模光纖通信的技術(shù)區(qū)別及成本考量

　　A. 波分復(fù)用 (Wavelength Division Multiplexing)

　　單模光纖通常采用波分復(fù)用 (WDM)的方式來增加網(wǎng)絡(luò)傳輸速率，2010年發(fā)布的100Gbase-LR4，采用2芯單模光纖1收1發(fā)，能夠在一芯光纖上同時復(fù)用４個波長，每個波長傳輸25Gbps。單模光纖傳輸100Gbps的方案傳輸距離遠(yuǎn)，布線成本低，然而，單模光纖需要采用高成本的激光 (LD) 光源收發(fā)器，單模光纖的激光收發(fā)器價格至少是多模光纖收發(fā)器的3倍以上, 功耗至少2倍以上。（備注：來源OFS 2014年數(shù)據(jù)）

　　B. 串行傳輸（Serial Transmission）

　　傳統(tǒng)的多模光纖一般采用串行傳輸模式，在這種模式下增加以太網(wǎng)的傳輸速率必須增加每芯光纖/通道的傳輸速率。 目前以太網(wǎng)最大串行傳輸速率為10Gbps/通道，IEEE正在制定25Gbps/通道,50Gbps/通道的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，以400G以太網(wǎng)為例，會有25Gbps/通道， 50Gbps/100Gbps通道3個不同的版本，光纖芯數(shù)分別需要32芯/16芯/8芯。400G以太網(wǎng)采用的編碼方式有NRZ,PAM4,DMT,更高級的編碼方式意味著更復(fù)雜的電路和功耗，因而成本更高。

　　C.并行傳輸(Parallel Transmission)

　　多模光纖提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的另外一種方法是采用并行傳輸模式，即通過增加光纖芯數(shù)來增加傳輸速率。2010年發(fā)布的100G base-SR10采用10Gbps/通道的傳輸方式，10通道接收10通道發(fā)送，總共需要20芯光纖。

　　D. 短波波分復(fù)用 (Short Wavelength Division Multiplexing, WDM)

　　隨著100G-NG,200G/400G以太網(wǎng)乃至1T以太網(wǎng)的提出，傳統(tǒng)的多模光纖在芯數(shù)和距離上成為阻礙未來以太網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸。短波波分復(fù)用技術(shù)利用性價比較高的短波的垂直腔面發(fā)射激光(VCSEL) 光源，優(yōu)化的寬帶多模光纖 (WBMMF) 能夠在一芯多模光纖上支持4個波長，把需要的光纖芯數(shù)降低為之前的1/4，同時提高了有效模式帶寬（Effective Modal Bandwidth, EMB）, 延長了40/100G的傳輸距離到300米左右。

　　目前全球96%的數(shù)據(jù)中心，網(wǎng)絡(luò)核心區(qū)骨干(Spine)交換機(jī)到服務(wù)器機(jī)柜分支（Leaf）交換機(jī)的距離在300米以內(nèi)，因此短波波分復(fù)用技術(shù)(SWDM)和寬帶多模光纖(WBMMF)未來會繼續(xù)延續(xù)多模光纖作為數(shù)據(jù)中心40/100/400G以太網(wǎng)的主流傳輸介質(zhì)的傳統(tǒng)。未來通過短波波分復(fù)用 (SWDM) 和并行傳輸技術(shù)相結(jié)合，只需要8芯寬帶多模光纖 (WBMMF) ，就能夠支持更高速的應(yīng)用，比如200/400G以太網(wǎng)。

　　WBMMF的定義及其核心技術(shù)

　　多模光纖自上世紀(jì)80年代進(jìn)入市場以來，經(jīng)歷了從OM1、OM2、OM3到OM4的演進(jìn)。網(wǎng)絡(luò)速率的不斷提升，對光收發(fā)器的光源要求也越來越高，光收發(fā)器的光源從傳統(tǒng)的滿注入發(fā)射(Overfilled lunch)的發(fā)光二極管(LED)發(fā)展到高性能低成本的垂直腔面發(fā)射激光(Vertical Cavity Surface Emitting Laser ,VCSEL)，OM3光纖是針對垂直腔面發(fā)射激光(VCSEL)光源優(yōu)化的多模光纖，有效模式帶寬(EMB)達(dá)到2000MHZ.Km，支持100Gbase-SR10距離達(dá)到100米, 而OM4光纖有效模式帶寬(EMB)相比OM3光纖提高了1倍多，達(dá)到4700MHZ.Km，然而支持100Gbase-SR10距離僅有150米，相對于OM3光纖，100G以太網(wǎng)傳輸距離僅僅增加了50%。

　　進(jìn)入2010年代，隨著100G-NG,200G/400G以太網(wǎng)乃至1T以太網(wǎng)的提出，傳統(tǒng)的多模光纖在芯數(shù)和距離上成為阻礙未來以太網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸，而寬帶多模光纖(WBMMF)的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)多模光纖的技術(shù)瓶頸。

　　首先，它借鑒了單模光纖的波分復(fù)用(WDM)技術(shù)，延展了網(wǎng)絡(luò)傳輸時的可用波長范圍，能夠在一芯多模光纖上支持4個波長，把需要的光纖芯數(shù)降低為之前的1/4。