100G网络：演进和挑战

数字媒体、个人计算和全球联网正在使电信行业发生彻底转变。朝固定IP/移动网络融合发展是一个重大趋势，以提供语音、视频和数据应用，并且以IP（和以太网）作为由视频、游戏、协作和云计算应用的指数增长驱动的通用平台。此趋势为建立在10G波长基础上的骨干传输网带来了巨大压力，并推动了将其升级至40G和100G的需求。

IEEE 802.3ba标准定义了既能支持40G又能支持100G以太网的架构，同时制定了用于跨背板、铜缆、多模光纤和单模光纤通信的物理层规格。新的40G/100G以太网架构基于虚拟通道或物理编码子层（PCS）通道概念，这些通道可以在单条光纤的4个或10个平行波长上复用和传输。例如，100GBASE-LR4在光纤上有四个25G的光波长，它们来自主机端的10个10 Gbit/s CAUI电信号。

在传输40G/100G以太网信号（如图1所示）的过程中，以太网数据包分成数据块，随后使用循环分布将其映射到PCS通道中。为了确保在接收端，整个数据块能够完整重组和管理数据块之间的偏差，在每个逻辑通道上添加了标记块。此标记以210 μs的固定周期发送。然后使用位于CFP光接口中的物理介质附加子层（PMA）将 20个PCS逻辑通道复用为10个10 Gbit/s通道（也称为CAUI通道）。PCS通道的特性是，无论它们怎样复用在一起，来自相同PCS通道的所有比特均采用相同的物理路径；这使得接收器可以正确地重新组成组合通道。同时，唯一的通道标记保证了接收器的无偏差操作。

40G/100G以太网的实施在电层和光层引入了新的挑战，这些挑战是由于多通道上的数据分布结合了偏差效应所致。这就触发了一种新的需求：通过测试各个概念（如PCS通道、PCS偏差和定位标记）以确保被测40G/100G以太网设备（DUT）支持正确的重组功能，从而补偿链路物理特性。通过在不同通道上插入多个偏差UI，工程师可以确定接收器缓冲区问题，这在检验100G系统的偏差容限时至关重要。

图1. 使用100GBase-LR4 CFP进行100G以太网传输

由于许多部署的100G以太网最初主要是为了满足带宽需求，因此光传输网（OTN）在传输应用中得到了普遍采用。ITU-T G.709中新规定的OTU4（112 Gbit/s）速率满足了在OTN上承载100G以太网服务的需求。总体而言，这在OTN的基本优势以外还带来了新的优点，如支持操作、管理和维护（OA&M）过程，以及提供标准化前向纠错（FEC）机制以提高网络性能和部署的经济效益。

与IEEE P802.3ba定义的内容相似，ITU T SG 15定义了光通道传输单元（OTU）顶部的一个新层，该协议被称为光通道传输通道（OTL）协议。OTL层被定义为：OTL x.y（其中“x”为数据速率，“y”为光通道数）。例如，OTL 4.4表示在四个28G波长上运行的OTU4信号。OTL引入了OTL通道、OTL偏差和OTL定位标记等元素，这些元素在概念上分别与IEEE P802.3ba中描述的PCS通道、PCS偏差和PCS定位标记相似。与以太网的情况一样，OTL层使用逻辑通道标记来重新定位所有已发送数据块，这种情况下的主要不同之处是标记嵌入到帧定位信号（FAS）和OTN帧的复帧定位信号（MFAS）字节中。因此，在验证支持OTN功能的100G设备时，除了测试所有其他OTN层（包括OTU4、ODU4、OPU4和FEC）之外，还必须测试OTL层的偏差，以保证100G以太网客户端信号的正确映射和去映射以及故障管理报告，这一点至关重要。

一个关键步骤是利用伪随机比特序列图案（PRBS）测试信号的线路速率，从而鉴定OTN物理层的性能。这项测试对于设计师和系统工程师开发100G线卡极为重要。一项重要测试是将复杂PRBS图案插入到每个物理通道，然后分析接收器端的误码率（BER）。通过向每个通道插入不同图案，可以全面了解通道之间的串扰及最大密度的图案，因此可对其进行配置以验证接收器对非平衡比特密度的PLL响应。

EXFO的FTB-85100G Packet Blazer 100G/40G以太网测试模块提供了大量40G/100G测试功能，从具有设计用于鉴定CFP的信号调节接口的物理层，到以40G/100G线路速率进行IP测试和将以太网映射到OTN等不一而足。对于网络设备制造商（NEM）而言，这些测试在开发、设计和验证阶段十分重要，并且当运营商在选择要部署的100G系统时必将影响其决定。100G设备的稳定性和可靠性对于获得商业成功和加速采用而言非常关键。解决办法在于严格测试100G以太网和OTU4，从而简化部署、加快其速度并增强运营信心。