Padrões de rede de computadores 10 Gigabit Ethernet

Fibermart
Monday 05 May, 2014
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O padrão de rede de computadores 10 Gigabit Ethernet (10GE ou 10GbE ou 10 GigE) foi publicado pela primeira vez em 2002. Ele define uma versão da Ethernet com uma taxa de dados nominal de 10 Gbit/s (bilhões de bits por segundo), dez vezes mais rápida que a Gigabit Ethernet. Diferentemente dos padrões Ethernet anteriores, o 10GbE define apenas links ponto a ponto full duplex, geralmente conectados por switches de rede. Operação half duplex, hubs e CSMA/CD (acesso múltiplo com detecção de portadora e detecção de colisão) não existem no 10GbE.

O padrão 10GbE abrange diversos padrões de camada física (PHY). Um dispositivo de rede pode suportar diferentes tipos de PHY por meio de módulos PHY plugáveis, como os baseados em SFP+. Com o tempo, as forças do mercado determinarão os tipos de PHY 10GbE mais populares.

Na época em que o padrão 10 GbE foi desenvolvido, o interesse em 10 GbE como transporte de rede de longa distância (WAN) levou à introdução de uma WAN PHY para 10 GbE. Esta opera a uma taxa de dados ligeiramente mais lenta do que a PHY de rede local (LAN) e adiciona algum encapsulamento extra. Ambas compartilham as mesmas subcamadas dependentes do meio físico, portanto, podem usar a mesma óptica.

Padrões de fibra óptica 10GbE

Ao longo dos anos, o grupo de trabalho 802.3 do Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos (IEEE) publicou diversos padrões relacionados a 10GbE. Entre eles, destacam-se: 802.3ae-2002 (PMDs de fibra óptica -SR, -LR, -ER e -LX4), 802.3ak-2004 (cabo InfiniBand de cobre twin-axial -CX4), 802.3an-2006 (par trançado de cobre 10GBASE-T), 802.3ap-2007 (PMDs de backplane de cobre -KR e -KX4) e 802.3aq-2006 (PMD de fibra óptica -LRM com equalização aprimorada). As emendas 802.3ae-2002 e 802.3ak-2004 foram consolidadas no padrão IEEE 802.3-2005. O IEEE 802.3-2005 e as outras alterações foram consolidadas no IEEE Std 802.3-2008.

10GBASE-SR

10GBASE-SR (Curto Alcance) é um tipo de porta para fibra multimodo (MMF) e utiliza lasers de 850 nm. Sua subcamada de codificação física (PCS) 64b/66b é definida na Cláusula 49 do IEEE 802.3 e sua dependência do meio físico (PMD) na Cláusula 52. Ela fornece dados serializados a uma taxa de linha de 10,3125 Gbit/s.

Em relação ao obsoleto cabeamento FDDI de 62,5 mícrons MMF, seu alcance máximo é de 26 metros; em relação ao OM1 de 62,5 mícrons, seu alcance é de 33 metros; em relação ao OM2 de 50 mícrons, seu alcance é de 82 metros; em relação ao OM3, de 300 metros; e em relação ao OM4, de 400 metros. OM3 e OM4 são as opções preferidas para cabeamento óptico estruturado em edifícios. O MMF tem a vantagem sobre o SMF (fibra monomodo) de ter conectores de menor custo devido ao seu núcleo mais largo.

O transmissor 10GBASE-SR é implementado com um laser de emissão de superfície de cavidade vertical (VCSEL), que oferece baixo custo e baixa potência. Os cabeamentos ópticos OM3 e OM4 são às vezes descritos como otimizados para laser, pois foram projetados para funcionar com VCSELs. O 10GBASE-SR oferece os módulos ópticos de menor custo, menor potência e menor fator de forma.

Em 2011, a projeção é que o 10GBASE-SR represente um quarto do total de portas adaptadoras 10GbE vendidas. Há uma variante não padronizada, de menor custo e menor consumo de energia, às vezes chamada de 10GBASE-SRL (10GBASE-SR Lite). Ela é interoperável com o 10GBASE-SR, mas tem um alcance de apenas 100 metros.

10GBASE-LR

10GBASE-LR (Long Reach) é um tipo de porta para SMF e utiliza lasers de 1310 nm. Seu PCS 64b/66b é definido na Cláusula 49 do IEEE 802.3 e seu PMD na Cláusula 52. Ele fornece dados serializados a uma taxa de linha de 10,3125 Gbit/s.

O 10GBASE-LR tem um alcance especificado de 10 quilômetros (6,2 mi), mas os módulos ópticos 10GBASE-LR geralmente conseguem cobrir distâncias de até 25 quilômetros (16 mi) sem perda de dados.

O transmissor 10GBASE-LR é implementado com um laser de Fabry-Pérot ou de realimentação distribuída (DFB). Os lasers DFB são mais caros que os VCSELs, mas sua alta potência e comprimento de onda mais longo permitem um acoplamento eficiente ao pequeno núcleo da fibra monomodo em distâncias maiores.

10GBASE-LRM

10GBASE-LRM (Long Reach Multimode), originalmente especificado no IEEE 802.3aq, é um tipo de porta para MMF e utiliza lasers de 1310 nm. Seu PCS 64b/66b é definido na Cláusula 49 do IEEE 802.3 e seu PMD na Cláusula 68. Ele fornece dados serializados a uma taxa de linha de 10,3125 Gbit/s.

O padrão 10GBASE-LRM suporta distâncias de até 220 metros (720 pés) em MMF de grau FDDI e o mesmo alcance máximo de 220 m em fibras OM1, OM2 e OM3. O alcance do 10GBASE-LRM não é tão amplo quanto o do antigo padrão 10GBASE-LX4. Para garantir que as especificações sejam atendidas em fibras FDDI de grau OM1 e OM2, o transmissor deve ser acoplado por meio de um cabo de manobra de condicionamento de modo. Nenhum cabo de manobra de condicionamento de modo é necessário para aplicações em OM3 ou OM4. Alguns transceptores 10GBASE-LRM também suportam distâncias de até 300 metros (980 pés) em SMF padrão (G.652), porém isso não faz parte das especificações IEEE ou MSA. O 10GBASE-LRM utiliza compensação eletrônica de dispersão (EDC) para equalização de recepção.

10GBASE-ER

10GBASE-ER (Extended Reach) é um tipo de porta para SMF e utiliza lasers de 1550 nm. Seu PCS 64b/66b é definido na Cláusula 49 do IEEE 802.3 e seu PMD na Cláusula 52. Ele fornece dados serializados a uma taxa de linha de 10,3125 Gbit/s. O transmissor 10GBASE-ER é implementado com um laser modulado externamente (EML). O 10GBASE-ER tem um alcance de 40 quilômetros (25 mi) em links projetados e 30 km em links padrão.

10GBASE-ZR

Vários fabricantes introduziram interfaces ER plugáveis com alcance de 80 km (50 mi) sob o nome 10GBASE-ZR. Essa PHY de 80 km não está especificada no padrão IEEE 802.3ae, e os fabricantes criaram suas próprias especificações com base na PHY de 80 km descrita nas especificações OC-192/STM-64 SDH/SONET. O padrão 802.3 não será alterado para abranger a PHY ZR.

10GBASE-LX4

10GBASE-LX4 é um tipo de porta para MMF e SMF. Utiliza quatro fontes de laser separadas operando a 3,125 Gbit/s e WDM grosseiro com quatro comprimentos de onda exclusivos em torno de 1310 nm. Seu PCS 8B/10B é definido na Cláusula 48 do IEEE 802.3 e seu PMD na Cláusula 53.

O padrão 10GBASE-LX4 suporta um alcance de 300 metros (980 pés) em cabeamento multimodo FDDI, OM1, OM2 e OM3 (todos esses tipos de fibra são especificados para ter uma largura de banda modal mínima de 500 MHz*km a 1300 nm). O padrão 10GBASE-LX4 também suporta um alcance de 10 quilômetros (6,2 mi) em SMF.

Para links MMF, a saída WDM precisa ser acoplada por meio de um patch cord SMF com condicionamento do modo de lançamento de offset. Isso é explicado nas subcláusulas 53.6 e 38.11.4 da especificação IEEE 802.3.

Até 2005, os módulos ópticos 10GBASE-LX4 eram mais baratos que os módulos ópticos 10GBASE-LR. O 10GBASE-LX4 era usado por pessoas que desejavam suportar MMF e SMF com um único módulo óptico. O 10GBASE-LX4 agora é uma tecnologia obsoleta e não tem presença significativa no mercado.

Padrões de cobre 10GbE

10GbE também pode ser executado em cabeamento twinax, cabeamento de par trançado e backplanes.

10GBASE-CX4

10GBASE-CX4 foi o primeiro padrão de cobre 10G publicado pela 802.3 (como 802.3ak-2004). Ele utiliza o PCS XAUI de 4 vias (Cláusula 48) e cabeamento de cobre semelhante ao usado pela tecnologia InfiniBand. Sua especificação é para operar a uma distância de até 15 m (49 pés). Cada via transporta 3,125 G baud de largura de banda de sinalização. O 10GBASE-CX4 oferece as vantagens de baixo consumo de energia, baixo custo e baixa latência, mas possui um formato maior e cabos mais volumosos do que o padrão SFP+ de via única mais recente, além de um alcance muito menor do que a fibra óptica ou o 10GBASE-T.

Conexão direta SFP+

Também conhecido como 10GBASE-CU, 10GBase-CR ou 10GBase-CX1, o SFP+ Direct Attach utiliza um conjunto de cabos twinax passivos e se conecta diretamente a um gabinete SFP+. O SFP+ Direct Attach possui um cabo de comprimento fixo, normalmente de 3, 5 ou 7 m, e, assim como o 10GBASE-CX4, apresenta baixo consumo de energia, baixo custo e baixa latência, com as vantagens adicionais de usar cabos menos volumosos e de ter o formato compacto do SFP+. O SFP+ Direct Attach é extremamente popular atualmente, com mais portas instaladas do que o 10GBASE-SR.

Plano de fundo

O padrão Ethernet de backplane, também conhecido pelo nome de força-tarefa 802.3ap, é usado em aplicações de backplane, como servidores blade e roteadores/switches com placas de linha atualizáveis. Implementações 802.3ap são necessárias para operar em um ambiente que compreende até 1 metro (39 pol.) de placa de circuito impresso de cobre com dois conectores. O padrão define dois tipos de porta para 10 Gbit/s (10GBASE-KX4 e 10GBASE-KR) e um tipo de porta de 1 Gbit/s (1000BASE-KX). Ele também define uma camada opcional para FEC, um protocolo de autonegociação de backplane e treinamento de link para 10GBASE-KR, onde o receptor pode definir um equalizador de transmissão de três derivações. O protocolo de autonegociação seleciona entre operação 1000BASE-KX, 10GBASE-KX4, 10GBASE-KR ou 40GBASE-KR4. 40GBASE-KR4 é definido em 802.3ba.

Novos projetos de backplane usam 10GBASE-KR em vez de 10GBASE-KX4.

10GBASE-KX4

Ele opera em quatro pistas de backplane e usa a mesma codificação de camada física (definida na Cláusula 48 do IEEE 802.3) que o 10GBASE-CX4.

10GBASE-KR

Ele opera em uma única faixa de backplane e usa a mesma codificação de camada física (definida na Cláusula 49 do IEEE 802.3) que 10GBASE-LR/ER/SR.

10GBASE-T

10GBASE-T, ou IEEE 802.3an-2006, é um padrão lançado em 2006 para fornecer conexões de 10 Gbit/s em cabos de par trançado blindados ou não blindados, em distâncias de até 100 metros (330 pés).[18] A infraestrutura de cabo 10GBASE-T também pode ser usada para 1000BASE-T, permitindo uma atualização gradual do 1000BASE-T usando autonegociação para selecionar qual velocidade usar. O 10GBASE-T tem latência na faixa de 2 a 4 microssegundos, em comparação com 1 a 12 microssegundos no 1000BASE-T. A partir de 2010, o silício 10GBASE-T está disponível em vários fabricantes com dissipação de potência reivindicada de 3-4 W em larguras de estrutura de 40 nm. E com 28 nm em desenvolvimento, a potência continuará a diminuir.

O 10GBASE-T utiliza os conectores IEC 60603-7 8P8C (comumente conhecidos como RJ45), já amplamente utilizados com Ethernet. As características de transmissão agora são especificadas para 500 MHz. Para atingir essa frequência, são necessários cabos de par trançado balanceado de categoria 6A ou superior, especificados na Emenda 2 da ISO/IEC 11801 ou ANSI/TIA-568-C.2, para transportar 10GBASE-T em distâncias de até 100 m. Cabos de categoria 6 podem transportar 10GBASE-T em distâncias menores, desde que qualificados de acordo com as diretrizes da ISO TR 24750 ou TIA-155-A.

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