40-гигабитный Ethernet (40GbE) и 100-гигабитный Ethernet (100GbE) — стандарты Ethernet, разработанные рабочей группой «IEEE P802.3ba Ethernet Task Force» в период с ноября 2007 года по июнь 2010 года.
Эти стандарты являются следующим этапом развития группы стандартов Ethernet, имевших до 2010 года наибольшую скорость в 10 Гбит/с. В стандарте IEEE Std 802.3ba-2010 устанавливается скорость передачи данных в 40 и 100 Гбит/с при совместном использовании нескольких линий связи (lane) на 10 либо 25 Гбит/с.
История 18 июля 2006 на пленарном собрании, проходившем в Сан-Диего, рабочая группа IEEE 802.3 проявила интерес к созданию стандарта. В сентябре 2006 года состоялось первое заседание инициативной группы HSSG (Higher Speed Study Group). В ноябре 2007 года состоялось последнее заседание инициативной группы. 5 декабря 2007 года инициативная группа разработчиков стандарта формально начала разработку P802.3ba. В январе 2008 года состоялось первое заседание инициативной группы P802.3ba. В марте 2009 года IEEE 802.3 выпускает бюллетень для рабочих групп. В ноябре 2009 года IEEE LMSC выпускает бюллетень для спонсорских организаций. В январе 2010 года состоялось первое заседание группы, разрабатывающей 40-гигабитный Ethernet, использующий одномодовое оптическое волокно PMD. 25 марта 2010 группа P802.3bg принимает стандарт на 40 Гбит/с одномодовое PMD-волокно. 17 июня 2010 — принятие стандарта IEEE 802.3ba.
Даты выхода черновых версий решений рабочей группы P802.3ba: Черновая версия 1.0 — 1 октября 2008. Черновая версия 1.1 — 9 декабря 2008. Черновая версия 1.2 — 10 февраля 2009. Черновая версия 2.0 — 12 марта 2009 (избирательно, для бюллетеня рабочих групп). Черновая версия 2.1 — 29 мая 2009. Черновая версия 2.2 — 15 августа 2009. Черновая версия 2.3 — 14 октября 2009. Черновая версия 3.0 — 18 ноября 2009 (избирательно, для бюллетеня спонсорских групп). Черновая версия 3.1 — 10 февраля 2010. Черновая версия 3.2 — 24 марта 2010.
Итоговая версия стандарта принята 17 июня 2010 под номером IEEE 802.3ba-2010.
Физический уровень В стандартах 40/100-гигабитного Ethernet содержится описание нескольких различных стандартов физического уровня (PHY). Сетевые устройства могут использовать различные типы PHY путём использования сменных PHY-модулей. Модули, использующие оптическое волокно, стандартизированы в 802.3ba и в различных multi-source agreements, MSA (соглашения между различными производителями). Один из стандартизованных модулей, поддерживающий и 40-, и 100-гигабитный Ethernet, — это CFP MSA (), который может использоваться для расстояний 100 м и более. Модули QSFP и CXP обеспечивают работу на меньших дистанциях.
Стандарт 802.3ba поддерживает только полнодуплексный режим работы.
При разработке PHY-части стандарта ставились цели: сохранить формат кадров Ethernet стандарта 802.3, использующих формат 802.3 MAC; сохранить минимальные и максимальные размеры кадра (FrameSize), совпадающие с текущей редакцией стандарта 802.3; обеспечить в точке сопряжения интерфейса MAC/PLSPhysical Layer Signalling — сигнализация на физическом уровне. с уровнем ошибок (:en:Bit error ratio) не выше (то есть не более 1 ошибки в среднем на каждые бит); обеспечение соответствующей поддержки оптических транспортных сетей (); скорость передачи данных на уровне MAC в 40 и 100 Гбит/с; разработка вариантов уровня PHY для работы через одномодовое оптическое волокно (SMF), многомодовое оптическое волокно OM3 (MMF), кабели с медными проводниками и через объединительные платы (backplane).
Стандартизованы следующие варианты PHY:
PHY40-гигабитный Ethernet100-гигабитный Ethernet как минимум 1 м по объединительной плате 40GBASE-KR4 как минимум 10 м по медному кабелю 40GBASE-CR4 100GBASE-CR10 как минимум 100 м по OM3 MMF 40GBASE-SR4 100GBASE-SR10 как минимум 125 м по OM4 MMF 40GBASE-SR4 100GBASE-SR10 как минимум 10 км по SMF 40GBASE-LR4 100GBASE-LR4 как минимум 40 км по SMF 100GBASE-ER4
Задача передачи сигнала со скоростями 40 и 100 Гбит/с по оптическому кабелю OM3 на 100 м (40GBASE-SR4 и 100GBASE-SR10) была решена с использованием волн около 850 нм, что сходно с решением в стандарте 10GBASE-SR.
Передача сигнала со скоростью 40 Гбит/с по печатным платам (например, объединительным платам корзин для блейд-серверов) на расстояния до 1 м (40GBASE-KR4) реализуется использованием 4 линий стандарта 10GBASE-KR.
Работа на расстояниях 10 и 40 км реализуется с использованием четырёх разных длин волн (около 1310 нм) и оптических элементов со скоростью передачи данных 25 Гбит/с (для 100GBASE-LR4 и 100GBASE-ER4) и 10 Гбит/с (для 40GBASE-LR4)..
Готовые продукты для уровня PHY Сгруппированы по реализуемым вариантам PHY.
Объединительные платы Информация о создании модулей на 40/100 Гбит/с для объединительных плат в настоящее время отсутствует. Тем не менее, многоканальные 100-гигабитные соединения небольшой дальности с точки зрения стоимости и надёжности выглядят перспективнее используемых в настоящее время планарных матриц поверхностно-излучающих лазеров на 10 Гбит/с (VCSEL arrays) и, скорее всего, появятся в продуктах с оптической матрицей коммутации — таких как Juniper TX и Cisco CRS FCC.
Медный кабель В 2009 году Quellan объявил о создании оценочной платы (Evaluation Board), однако не предоставил готовых модулей.
Многомодовое оптическое волокно Компании Mellanox и Reflex Photonics объявили о начале продаж CFP-модулей для многомодовых волокон.
Одномодовое оптическое волокно Компании Finisar, Sumitomo Electric Industries и OpNext на Европейской выставке оптических коммуникаций () в 2009 году продемонстрировали одномодовые 40 и 100-гигабитные Ethernet-модули, основанные на стандарте CFP MSA.
Поддержка в коммерческих продуктах В отличие от ситуации конца 1990-х годов, когда отсутствие скоростных интерфейсов магистральных маршрутизаторов сдерживало развитие всей сети Интернет, увеличение транспортных скоростей с 10 до 100 Гбит/с в 2010-х годах в основном мотивировалось экономическими соображениями, как то: сокращение числа требуемых волн в магистральных оптических сетях, снижение стоимости интерконнектов в больших центрах обработки данных и точках обмена трафиком, а также снижение потерь ёмкости за счёт разбалансировки трафика в параллельных группах 10-гигабитных каналов. При этом многие магистральные операторы связи стремились перейти непосредственно от использования SONET/SDH на 10 Гбит/с, минуя промежуточную фазу в 40 Гбит/с, к 100-гигабитным Ethernet-интерфейсам и выиграть в стоимости за счёт ожидаемого быстрого снижения стоимости последних.
Немаловажную роль в ожидаемом снижении цен сыграл отказ от разработки отдельных канальных схем для SONET/SDH и Ethernet. Де-факто 100-гигабитный Ethernet отныне становился единственным фреймовым форматом на вершине оптической иерархии скоростей (ODU4), что гарантирует параллельное снижение цен при росте производства 100-гигабитных интерфейсов как для магистральных, так и для локальных сетей. Следующим уровнем иерархии должен стать формат ODU5, эксклюзивно планируемый к применению в 400-гигабитных Ethernet-сетях.
При разработке 100-гигабитных систем индустрии предстояло преодолеть следующие технологические проблемы: разработать схемы модуляции и кодирования сигнала, позволяющие передавать 100-гигабитные потоки на достаточную дальность в оптическом С-диапазоне (1530—1565 нм); разработать новые оптические источники и приемники вкупе с оборудованием оптической коррекции (усилители, компенсаторы дисперсии, селективные фильтры и так далее); разработать электронные линейные карты, Ethernet-MAC-чипы и сетевые процессоры для потоковой обработки пакетных данных на скорости 100 Гбит/с.
В целом решение этих проблем потребовало значительных инвестиций в интеллектуальную собственность, что способствовало затягиванию выхода конечных продуктов на рынок. Несмотря на то, что большинство производителей оптического и электронного оборудования заявило о поддержке 100-гигабитных систем в течение 2009—2010 года и регулярно испытывало системы разной степени готовности, широкое внедрение 100-гигабитного Ethernet началось лишь в 2011 году.
Оптический транспорт с поддержкой 100-гигабитного Ethernet Поскольку передача оптического сигнала в условиях нелинейной среды (оптическое волокно) является принципиально аналоговой проблемой, прогресс в этой области замедляется, причём в значительно большей степени, чем снижающийся прогресс в литографии цифровых электронных схем (описываемый эмпирическим законом Мура). Как результат, несмотря на то, что 10-гигабитные оптические интерфейсы и транспортные системы существовали с середины 1990-х годов, первые успешные попытки передачи 100-гигабитных потоков в оптических сетях произошли более чем через 15 лет. Кроме того, первые магистральные 100-гигабитные системы были подвержены ряду серьёзных ограничений, в том числе высокой стоимости за счёт использования уникальных лазерных систем, а также значительным энерго-габаритным требованиям, что исключало выпуск трансиверов в компактных форматах (таких как SFP+), раннее разработанных для 1-, 2,5- и 10-гигабитных сигналов.
По состоянию на середину 2011 как минимум пять компаний поставляли покупателям системы оптического транспорта, совместимые с канальной скоростью ODU4 (104,794 Гбит/с) — в том числе Ciena (решение бывшей Nortel Networks), MRV, Alcatel-Lucent, ADVA Optical Networking. Последней к списку присоединилась компания Huawei, объявившая о начале поставок корейской компании KPN в июне 2011 года Ожидается, что до конца 2011 года такие системы будут доступны от всех ведущих производителей оптического оборудования.
Совершенствование оптических транспортных систем для передачи 100-гигабитного Ethernet будет неизбежно происходить в сторону уменьшения их стоимости, при этом могут использоваться следующие перспективные технологии: совместная передача сигнала двумя 50-гигабитными лазерами меньшей стоимости в одной выделенной полосе спектра, широкое использование цифровой обработки сигнала (DSP) для коррекции нелинейностей, уменьшение числа оптоэлектронных (OEO) преобразований в транспортной системе за счёт поддержки внешних источников сигнала (foreign lambdas) и так далее.
Первые пакетные маршрутизаторы и коммутаторы с поддержкой 100-гигабитного Ethernet Наличие линейных оптических 100-гигабитных систем передачи данных позволяет сократить число требуемых длин волн в DWDM-системах и увеличить объём передаваемых данных по существующей кабельной инфраструктуре. Тем не менее, использование 100-гигабитного оптического транспорта для передачи параллельных 10-гигабитных потоков данных снижает эффективность статистического мультиплексирования в пакетных сетях, а также требует 10×10-гигабитных мукспондеров для согласования форматов. По этой причине магистральные операторы проявляют заинтересованность в переходе на поддержку 100-гигабитного Ethernet'а непосредственно на интерфейсе маршрутизатора (пакетного коммутатора).