以太网世代、通道速率与电接口
自 10G 以来,每一种以太网速率都由一小组通道速率——10G、 25G、50G、100G,如今还有 200G 每通道——并行组合构建而成。了解某个速率由哪些通道组成,就能解释模块的电气接口、为什么拆分能用或不能用、为什么一个 100G 模块既可以是 4 × 25G 也可以是 1 × 100G,以及主机和模块在光信号具有意义之前必须先就哪些事项达成一致。
IEEE 802.3 项目时间线
| 年份 | 修订案 | 速率 | 通道信令 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| 1998 | 802.3z | 1000BASE-SX/LX/CX | 1.25 GBd 8B/10B | GBIC → SFP 时代 |
| 1999 | 802.3ab | 1000BASE-T | 4 对,PAM5 | 铜缆 1G |
| 2002 | 802.3ae | 10GBASE-SR/LR/ER/LX4 | 10.3125 GBd 64B/66B | XENPAK/X2/XFP → SFP+ |
| 2006 | 802.3an / aq | 10GBASE-T / LRM | — | 铜缆 10G;带 EDC 的多模 220 m |
| 2010 | 802.3ba | 40GBASE-SR4/LR4/CR4、100GBASE-SR10/LR4/ER4 | 4 × 10G / 10 × 10G / 4 × 25G | QSFP+、CFP |
| 2014 | 802.3bj | 100GBASE-CR4/KR4 | 4 × 25G NRZ | 引入 RS-FEC (528,514) |
| 2015 | 802.3bm | 100GBASE-SR4、CAUI-4、40GBASE-ER4 | 4 × 25G | QSFP28 成为可能 |
| 2016 | 802.3by | 25GBASE-SR/LR/CR | 1 × 25G | SFP28;CA-25G-L/S/N 线缆等级 |
| 2017 | 802.3bs | 200GBASE-FR4/LR4/DR4、400GBASE-SR16/DR4/FR8/LR8 | 50G PAM4(电气侧 8 × 50G) | RS-FEC (544,514) KP4 |
| 2018 | 802.3cd | 50GBASE-SR/FR/LR/CR、100GBASE-SR2/DR/CR2、200GBASE-SR4/CR4 | 50G PAM4 通道 | SFP56、QSFP56 |
| 2019–21 | 802.3cn / cu | 50/200/400G 40 km ER;100GBASE-FR1/LR1、400GBASE-FR4/LR4-6 | 100G PAM4 光通道 | 采纳了 100G Lambda MSA |
| 2022 | 802.3ck / db | 每通道 100G 电气(100GAUI-1、400GAUI-4、800GAUI-8);每通道 100G VCSEL(SR1、SR4、VR) | 106.25 GBd PAM4 | QSFP112、OSFP 800G |
| 2024 | 802.3df | 800GBASE-DR8/SR8/VR8、-DR4(每通道 200G 光) | 电气侧 8 × 100G | OSFP / QSFP-DD800 中的 800G |
| ~2026 | 802.3dj | 每通道 200G 电气与光;800GBASE-DR2、1.6TBASE-DR8 | 212.5 GBd PAM4 | 1.6T OSFP-XD、OSFP |
在这些之间填补空白的 MSA 接口(CWDM4、PSM4、ZR……):光接口 MSA。
速率如何由通道构建
| 速率 | 电气通道(主机 ↔ 模块) | 光通道(典型) | 模块 |
|---|---|---|---|
| 10G | 1 × 10G(XFI/SFI) | 1 × 10G | SFP+ |
| 25G | 1 × 25G(25GAUI) | 1 × 25G | SFP28 |
| 40G | 4 × 10G(XLAUI/XLPPI) | 4 × 10G(SR4、LR4) | QSFP+ |
| 50G | 1 × 50G PAM4 或 2 × 25G | 1 × 50G PAM4 | SFP56 |
| 100G | 4 × 25G(CAUI-4) | 4 × 25G(SR4、LR4、CWDM4、PSM4) | QSFP28 |
| 100G | 2 × 50G(100GAUI-2)或 1 × 100G(100GAUI-1) | 1 × 100G PAM4(DR、FR1、LR1) | QSFP28/QSFP56/QSFP112、SFP112 |
| 200G | 4 × 50G(200GAUI-4)或 8 × 25G | 4 × 50G(FR4、SR4、DR4) | QSFP56 |
| 400G | 8 × 50G(400GAUI-8)或 4 × 100G(400GAUI-4) | 4 × 100G(DR4、FR4、LR4)或 8 × 50G(SR8、FR8) | QSFP-DD、OSFP |
| 800G | 8 × 100G(800GAUI-8) | 8 × 100G(DR8、2×FR4)或 4 × 200G(DR4) | OSFP、QSFP-DD800 |
| 1.6T | 8 × 200G | 8 × 200G(DR8) | OSFP-XD、OSFP |
当电气通道数与光通道数不一致时,模块 DSP 中的齿轮箱(gearbox) 在两者之间进行转换——400GAUI-8 转 DR4 是典型案例(调制与 DSP)。当两者一致时(4 × 25G CAUI-4 转 SR4),模块只是简单的再定时器,甚至无需再定时。
电气接口名称
| 名称 | 通道数 × 速率 | 用于 |
|---|---|---|
| XAUI | 4 × 3.125 GBd(8B/10B) | XENPAK、X2、早期 10G |
| XFI / SFI | 1 × 10.3125 GBd | XFP / SFP+ |
| 25GAUI | 1 × 25.78 GBd | SFP28 |
| XLAUI / XLPPI | 4 × 10.3125 | QSFP+(再定时/并行物理接口) |
| CAUI-10 / CAUI-4 | 10 × 10.3125 / 4 × 25.78 | CFP / QSFP28、CFP4 |
| 50GAUI-2 / 50GAUI-1 | 2 × 25.78 / 1 × 26.5625 GBd PAM4 | SFP56 |
| 100GAUI-4 / -2 / -1 | 4 × 25.78 / 2 × 26.56 PAM4 / 1 × 53.125 PAM4 | QSFP28 → QSFP112 |
| 200GAUI-8 / -4 / -2 | 8 × 25.78 / 4 × 26.56 PAM4 / 2 × 53.125 PAM4 | QSFP56 → QSFP112 |
| 400GAUI-16 / -8 / -4 | 16 × 25.78 / 8 × 26.56 PAM4 / 4 × 53.125 PAM4 | CFP8 → QSFP-DD/OSFP |
| 800GAUI-8 | 8 × 53.125 GBd PAM4 | OSFP、QSFP-DD800 |
GBd 数值包含了 FEC 和 64B/66B 开销:25.78 GBd 承载 25 Gb/s 有效负载,53.125 GBd PAM4 承载 100 Gb/s。这些名称出现在 CMIS 应用描述符中,作为主机接口那一半(SFF-8024)。
必须匹配的内容
- 电气侧的通道速率和数量——一个 4 × 25G 端口无法驱动 2 × 50G 模块,即使两者都标称「100G」。
- 调制方式——NRZ 通道和 PAM4 通道是不同的物理层。
- FEC——25G NRZ 通道用 RS(528),所有 PAM4 用 RS(544);按 PMD 决定是强制还是可选(FEC 与链路训练)。
- 编码方式——8B/10B(1G)对 64B/66B(10G+);双速率模块两种都会切换。
- 两端的光 PMD——波长、光纤和传输距离见 光接口与 PMD 参考。
模块在其身份信息中声明以上全部内容——标称速率、编码、合规或应用代码——主机会拒绝其无法驱动的组合(速率与传输速度)。
在 CodingBox 中
Check transceiver 屏幕显示标称通道速率、编码,以及对于 CMIS 模块,每个应用的主机接口 ID,因此你可以在模块接入端口之前,一眼看出它是 4 × 25G 还是 2 × 50G。
承载 802.3dj 通道的 1.6T 封装形式:OSFP224(8 × 200G)和 OSFP-XD(16 × 100G)。
这些通道组合的主机侧名称——CAUI-4、400GAUI-8、800GAUI-8——及其 C2M 合规点、OIF CEI 映射与电光通道转换:XGMII、XAUI 与 AUI 系列。