40G-100G以太网介绍培训教材电子互联

40G/100G以太网介绍——802.3ba草案简介课前提问对以太网的基础知识了解哪些？是否了解以太网的IEEE802.3标准？是否知道以太网对应的OSI七层架构？是否清楚MAC子层和物理子层类型？是否了解MII接口？802.3标准定义的数据报文的帧结构是否了解10G以太网的基本知识？注：本胶片是对802.3ba草案的解读，正式标准出台后可能会与草案有出入。目录40G/100G以太网的分类40G/100G以太网的内部接口

MII接口**AUI接口40G/100G以太网的物理子层PCS子层64B/66B编码PMA子层PMD子层2.95M1000M1973年1980年1995年1998年2002年2009年10G40/100G100M10M以太网以相关标准发展历史第一阶段（1973—1982）：以太网的产生与DIX联盟

1973年，位于加利福尼亚PaloAlto的Xerox公司提出并实现了最初的以太网。RobertMetcalfe博士被公认为以太网之父，此时以太网速率仅仅为2.94Mbits/s。

Xerox、DEC、Intel三家联合在1980年9月开发并发布了10Mb/s版的以太网标准[DIX80]第二阶段（1982—1990）：10Mb/s以太网发展成熟

1983年6月，IEEE标准委员会通过了第一个802.3标准-基于以太网技术的标准。

IEEE于1990年9月通过了使用双绞线介质的以太网（10Base-T）标准，该标准很快成为办公自动化应用中首选的以太网技术。第三阶段（1983—1997）：LAN网桥接与交换透明LAN网桥在80年代初出现，随后出现了LAN交换机，促成了全双工以太网的出现。1995年，IEEE802.3委员会开始研究全双工操作的标准，并在1997年通过了一项标准[IEEE97]。第四阶段（1992—1997）：快速以太网

快速以太网标准[IEEE95]形成，全双工100M以太网出现，这是以太网数据速率的第一次提升。第五阶段（1996—现在）：千兆以太网及万兆以太网

1996年IEEE802.3成立了一个标准开发任务组，1998年完成并通过了标准[IEEE98]，形成了千兆以太网标准。

2002，IEEE802.3ae，即10Gb/s以太网标准发布。

2005，IEEE802.3-2005标准发布。40G/100G以太网标准出台日程40G/100G以太网OSI架构40G/100G以太网特点共同特点：全双工模式；保留802.3以太网帧格式；保留802.3以太网的帧长要求：64~1518/1522（Q-tagged）bytes支持MAC/PLS服务接口的10-12误码率提供对OTN的支持40G以太网物理介质：1m背板；10m铜缆；100mOM3多模光纤；~10km单模光纤100G以太网物理介质10m铜缆；100mOM3多模光纤；~10km单模光纤；~40km单模光纤40G/100G以太网物理类型

O=可选的（Optional）；M=强制的（Mandatory）40G/100G以太网内部互连接口MAC与PHY之间的MII接口——XLGMII/CGMII类似10G以太网的XGMII接口源同步并行总线，收发数据宽度各64位，收发控制宽度各8位随路时钟频率为数据速率1/64，仅在时钟的上升沿采样数据40GE：625MHz100GE：1.5625GHz只支持全双工模式MDIO管理接口功能在MII接口功能上有所增加变化目前没有具体定义电气指标，将在OIF的相关标准中规范40G/100G以太网MII接口——XLGMII/CGMII在实际的数据报文收发过程中，每个以太网报文前导码的第一个八位元组对应放置在XLGMII/CGMII接口的Lane0数据线上，然后在其他数据线上顺序放置报文数据40G/100G以太网MII接口前导码与MII接口对应关系：起始控制字起始定界符SPD40G/100G以太网MII接口——XLGMII/CGMII数据与控制信号对应关系数据TXD/RXD与控制TXC/RXC可以分别成8组Lane，每组Lane包括8位数据TXD和一位控制信号TXC40G/100G以太网MII接口——XLGMII/CGMII发送端TXD与TXC对应关系40G/100G以太网MII接口——XLGMII/CGMII发送端时序图示40G/100G以太网MII接口——XLGMII/CGMII接收端RXD与RXC对应关系40G/100G以太网MII接口——XLGMII/CGMII接收端时序图示40G/100G以太网内部互连接口——**AUI接口40G/100G以太网内部互连接口——**AUI接口XLAUI/CAUI：PMA子层互连接口可选接口便于40G/100G以太网物理子层间互连减少XLGMII/CGMII接口的信号数量串行差分总线：收发通道分离，收发各4/10对差分对差分对速率均为10.3125Gbps±100ppm数据收发采用64B/66B编码格式，时钟编码在数据中PCB上的走线长度不超过25cm物理链路采用AC耦合方式互连采用自同步（Self-timed）接口允许更高层时序控制40G和100G以太网接口技术和功能均可共享40G/100G以太网内部互连接口——**AUI接口XLAUI/CAUI的眼图指标发送接收单位参数定义参数数值参数定义参数数值每对信号速率10.3125GBd

±100ppm每对信号速率10.3125GBd

±100ppmGBd单位时间间隔（UI）96.96969697单位时间间隔（UI）96.96969697ps信号单端输出电压范围4.0(max.)~-0.4(min.)----V最大差分输出电压（峰峰值）760最大差分输入电压（峰峰值）850mV最大终止失配（1MHz）5----%最大输出AC共模电压，RMS15最大输入AC共模电压，RMS20mV最小输出上升/下降时间(20%~80%)24最小输入上升/下降时间(20%~80%)24ps差分输出S参数参考草案附件公式83A-1差分输入S参数参考草案附件公式83A-3dB共模输出S参数参考草案附件公式83A-2共模输入S参数参考草案附件公式83A-4dB最大输出总抖动0.32最大输入总抖动0.62UI最大输出确定性抖动0.17最大输入确定性抖动0.42UI发送眼图模版X10.16接收眼图模版X10.31UI发送眼图模版X20.38接收眼图模版X20.5UI发送眼图模版Y1190接收眼图模版Y145mV发送眼图模版Y2380接收眼图模版Y2425mV40G/100G以太网物理子层PCS子层将来自MII接口的64位数据编码为66B编码块发送66B编码块给PMA子层添加或删除IDLE帧以适配MAC与PMD之间的数据速率通过MDIO实现对PHY层的管理功能对于40GBASE-RPCS子层对应的PMA服务子层的适配速率定义为10.3125Gb/s，同时支持4对分组以满足40G以太网MAC子层数据速率40Gb/s的要求100GBASE-RPCS子层对应PMA服务子层的适配速率为5.15625Gb/s，同时支持20对分组以满足100G以太网MAC子层数据速率100Gb/s的要求40G/100G以太网PCS子层PCS子层功能框图PMAServiceInterfacePCSServiceInterface64B/66B编解码64bits数据成组添加同步码头扰码分发码流64B/66B编解码64bits数据成组数据字节标识为D0~D7；普通控制字节标识为C0~C7，编码为7bits控制码；特殊空字节标识为：/O/,/S/,/T/64B/66B编解码（10GE）64B/66B编解码（40GE/100GE）64B/66B编解码扰码同步码头不参与扰码扰码多项式：G(x)=1+x39+x5840G/100G以太网PCS子层66B码块分发：采用轮询分发机制40G/100G以太网PCS子层插入对齐标志（Alignmentmarker）为了支持接收端PCS的Lane对齐及解偏斜，需要定期插入对齐标志40G/100G以太网PCS子层插入对齐标志的目的40G/100G以太网PCS子层插入对齐标志的周期：40G/100G以太网PCS子层对齐标志格式:Mn=！M（n+4）,n=0~340G/100G以太网物理子层PMA子层通过PMA服务接口映射数据流到PCS子层或PMA子层通过PMD服务接口映射复用数据流到PMA子层或PMD子层从接收数据流中恢复时钟提供测试信号产生和检测提供PMA服务接口上的可选数据环回可提供链路的状态信息40G/100G以太网PMA子层PMA子层将PCS子层的LogicLane适配到PMD子层的LogicLane40G/100G以太网PMA子层PMA子层将PCS子层的LogicLane适配到PMD子层的LogicLane40G/100G以太网PMA子层比特复用minputlanenoutputlaneνvirtuallane40G/100G以太网PMA子层minputlane：对发送PMA指来自PCS子层的logiclane对接收PMA指来自PMD子层的logiclanenoutputlane：对发送PMA指发送到PMD子层的logiclane对接收PMA指发送到PCS子层的logiclaneνvirtual

lane：PMA子层为适配PCS到PMD定义的虚拟logiclaneVirtuallanes可以对应于实际的物理lanes40G以太网：ν=4，R=10.3125Gbps±100ppm100G以太网：v=20，R=5.15625Gbps±100ppmR为每组virtuallane数据速率40G/100G以太网PMA子层PMA子层适配举例：100G，m=10，n=4012301230123020022020240G/100G以太网PMA子层PMA子层的时钟如果一个PMA的输入Lane=m,输出Lane=n;输入时钟/输出时钟=n/mTxPMA与PCS/FEC同步，输入输出时钟源自系统参考时钟；PMA通过CDR提取输入时钟，由PLL产生输出时钟40G/100G以太网PMD子层及物理类型40G以太网：40GBASE-KR440GBASE-CR440GBASE-SR440GBASE-LR4100G以太网：100GBASE-CR10100GBASE-SR10100GBASE-LR4100GBASE-ER440G/100G以太网PMD子层及物理类型40GBASE-KR4与IEEE802.3ap(2007)标准中10GBASE-KR类似PMD子层功能和电气特性直接借用了10GBASE-KR40GBASE-KR4的物理连接为收发各4对差分对发送接收单位参数定义参数数值参数定义参数数值----比特误差率10-12每对信号速率10.3125±100ppm每对信号速率10.3125±100ppmGBd差分输出电压（最大峰峰值）1200差分输入电压（最大峰峰值）1200mV差分输出电压（最大峰峰值），TX无效情况下30----mV共模电压范围0~1.9----V过渡时间(20%~80%)2~47----ps最大输出抖动（峰峰值）随机抖动确定性抖动占空系数失真总抖动0.150.150.0350.28----------------UIUIUIUI40G/100G以太网PMD子层及物理类型40GBASE-CR4&100GBASE-CR10以太网MDI均为一种点对点的低摆幅AC耦合差分接口AC耦合靠近接收端放置物理介质类型为10米的屏蔽铜缆区别只在于40G以太网接口差分对为8组（收发各4对），而100G以太网接口差分对为20组（收发各10对）发送接收单位参数定义参数数值参数定义参数数值比特误差率10-12每对信号速率10.3125±100ppm每对信号速率10.3125±100ppmGBd单位时间间隔（UI）96.96969697单位时间间隔（UI）96.96969697ps差分输出电压（最大峰峰值），TX无效情况下30（待定）差分输入电压（最大峰峰值）1200mV共模电压范围0~1.9（待定）V过渡时间(20%~80%)24~47（待定）ps最大输出抖动（峰峰值）随机抖动确定性抖动占空系数失真总抖动0.15（待定）0.15（待定）0.035（待定）0.28（待定）UIUIUIUI40G/100G以太网PMD子层及物理类型40GBASE-SR4&100GBASE-SR10MDI——多模光纤多对光纤传输不同Lane的数据40G/100G以太网PMD子层及物理类型40GBASE-LR4MDI——单模光纤在一根光纤上用4个波长发送4lane数据数据速率10.3125Gbps±100ppm/lane

光纤传送长度：2m~10km40G/100G以太网PMD子层及物理类型100GBASE-LR4&100GBASE-ER4

MDI——单模光纤在一根光纤上用4个波长发送100G数据数据速率25.78125Gbps±100ppm/lane

光纤传送长度：LR4:2m~10km;ER4:2m~30km/40km40G/100G以太网适配到OTN网络反向复用多波长方案40GBASE-SR4，40GBASE-LR4和100GBASE-SR10映射到4/10组OTU2中，反向复用到4/10个10G波长进行DWDM传输100GBASE-LR4，100GBASE-ER44×25G的以太网反向复用到4个40G波长？？？单波长传送方案40G以太网映射到OTU3100G以太网映射到OTU4？？？谢谢MAC帧介绍MAC层属于数据链路层，因此有其特定的帧格式根据IEEE802.3定义，基本MAC帧结构如下MAC帧介绍根据IEEE802.3定义，扩展MAC帧（802.1QTaggedMAC）结构如下RobertMetcalfe（来源维基百科）罗伯特·梅特卡夫（RobertMetcalfe，1946年-），出生于纽约布鲁克林。美国科技先驱，发明了以太网路，成立3Com且制定了Metcalfe'sLaw。在1973年，Metcalfe在XeroxPARC工作时，他发明了以太网路，一个可以在短矩离使得电脑可以互相连通的标准。在1979年，Metcalfe离开PARC，成立3Com，一家电脑网络设备的制造商。在1980年，以发展局域网路，特别是以太网的贡献，他得到由AssociationforComputingMachineary所颁发的GraceMurrayHopper奖。在1990年，Metcalfe从3Com退休并且开始一段为期10年的的发行者和网络权威者的生涯，为InfoWorld撰写网络专栏。他于2001年成为资本投资家，现在是PolarisVenturePartners的一员。HeisadirectorofPopTech,anexecutivetechnologyconferencehecofoundedin1997.他以两个学士学位毕业于麻省理工学院，一个是电机工程学位，另一个麻省理工学院史隆商学院的工业管理学位。他在哈佛大学以一篇有关于封包交换的论文取得博士学位。那篇论文实际上是他在MIT为一个名为MAC的计划工作时写好的。在2005年3月14日，美国布什总统在白宫庆典时颁给他全国科技奖章，以表扬他创新以太网路及将其标准化及商业通用化上的领导地位。根据IDC，在2004年全世界上有2亿个新的以太网路的埠被制造出货。以太网的起源（来源维基百科）以太网技术的最初进展来自于施乐帕洛阿尔托研究中心的许多先锋技术项目中的一个。人们通常认为以太网发明于1973年，当年罗伯特.梅特卡夫(RobertMetcalfe)给他PARC的老板写了一篇有关以太网潜力的备忘录。但是梅特卡夫本人认为以太网是之后几年才出现的。在1976年，梅特卡夫和他的助手DavidBoggs发表了一篇名为《以太网：局域计算机网络的分布式包交换技术》的文章。1979年，梅特卡夫为了开发个人电脑和局域网离开了施乐(Xerox)，成立了3Com公司。3Com对DEC、英特尔和施乐进行游说，希望与他们一起将以太网标准化、规范化。这个通用的以太网标准于1980年9月30日出台。当时业界有两个流行的非公有网络标准令牌环网和ARCNET，在以太网大潮的冲击下他们很快萎缩并被取代。而在此过程中，3Com也成了一个国际化的大公司。梅特卡夫曾经开玩笑说，JerrySaltzer为3Com的成功作出了贡献。Saltzer在一篇与他人合著的很有影响力的论文中指出，在理论上令牌环网要比以太网优越。受到此结论的影响，很多电脑厂商或犹豫不决或决定不把以太网接口做为机器的标准配置，这样3Com才有机会从销售以太网