以太網世代、通道速率與電氣介面
自 10G 以來,每一種以太網速率都由一小組通道速率——10G、 25G、50G、100G,如今還有 200G 每通道——並行組合構建而成。了解某個速率由哪些通道組成,就能解釋模組的電氣介面、為甚麼拆分能用或不能用、為甚麼一個 100G 模組既可以是 4 × 25G 也可以是 1 × 100G,以及主機和模組在光信號具有意義之前必須先就哪些事項達成一致。
IEEE 802.3 項目時間線
| 年份 | 修訂案 | 速率 | 通道信令 | 說明 |
|---|---|---|---|---|
| 1998 | 802.3z | 1000BASE-SX/LX/CX | 1.25 GBd 8B/10B | GBIC → SFP 時代 |
| 1999 | 802.3ab | 1000BASE-T | 4 對,PAM5 | 銅纜 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 | — | 銅纜 10G;帶 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 成為可能 |
| 2016 | 802.3by | 25GBASE-SR/LR/CR | 1 × 25G | SFP28;CA-25G-L/S/N 線纜等級 |
| 2017 | 802.3bs | 200GBASE-FR4/LR4/DR4、400GBASE-SR16/DR4/FR8/LR8 | 50G PAM4(電氣側 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 | 採納了 100G Lambda MSA |
| 2022 | 802.3ck / db | 每通道 100G 電氣(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) | 電氣側 8 × 100G | OSFP / QSFP-DD800 中的 800G |
| ~2026 | 802.3dj | 每通道 200G 電氣與光;800GBASE-DR2、1.6TBASE-DR8 | 212.5 GBd PAM4 | 1.6T OSFP-XD、OSFP |
在這些之間填補空白的 MSA 介面(CWDM4、PSM4、ZR……):光介面 MSA。
速率如何由通道構建
| 速率 | 電氣通道(主機 ↔ 模組) | 光通道(典型) | 模組 |
|---|---|---|---|
| 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 |
當電氣通道數與光通道數不一致時,模組 DSP 中的齒輪箱(gearbox) 在兩者之間進行轉換——400GAUI-8 轉 DR4 是典型案例(調制與 DSP)。當兩者一致時(4 × 25G CAUI-4 轉 SR4),模組只是簡單的再定時器,甚至無需再定時。
電氣介面名稱
| 名稱 | 通道數 × 速率 | 用於 |
|---|---|---|
| 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+(再定時/並行物理介面) |
| 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 數值包含了 FEC 和 64B/66B 開銷:25.78 GBd 承載 25 Gb/s 有效負載,53.125 GBd PAM4 承載 100 Gb/s。這些名稱出現在 CMIS 應用描述符中,作為主機介面那一半(SFF-8024)。
必須匹配的內容
- 電氣側的通道速率和數量——一個 4 × 25G 端口無法驅動 2 × 50G 模組,即使兩者都標稱「100G」。
- 調制方式——NRZ 通道和 PAM4 通道是不同的物理層。
- FEC——25G NRZ 通道用 RS(528),所有 PAM4 用 RS(544);按 PMD 決定是強制還是可選(FEC 與鏈路訓練)。
- 編碼方式——8B/10B(1G)對 64B/66B(10G+);雙速率模組兩種都會切換。
- 兩端的光 PMD——波長、光纖和傳輸距離見 光介面與 PMD 參考。
模組在其身份資訊中聲明以上全部內容——標稱速率、編碼、合規或應用代碼——主機會拒絕其無法驅動的組合(速率與傳輸速度)。
在 CodingBox 中
Check transceiver 屏幕顯示標稱通道速率、編碼,以及對於 CMIS 模組,每個應用的主機介面 ID,因此你可以在模組接入端口之前,一眼看出它是 4 × 25G 還是 2 × 50G。
承載 802.3dj 通道的 1.6T 封裝形式:OSFP224(8 × 200G)和 OSFP-XD(16 × 100G)。
這些通道組合的主機側名稱——CAUI-4、400GAUI-8、800GAUI-8——及其 C2M 合規點、OIF CEI 映射與電光通道轉換:XGMII、XAUI 與 AUI 系列。