40GE/100GE和并行OTN接口的标准化和设备发展现状

荆瑞泉

（中国电信股份有限公司北京研究院 北京 100035）

1 引言

随着互联网业务的持续高速增长，目前运营商的IP骨干网已经普遍采用40 Gbit/s链路，100 Gbit/s链路的应用即将到来。而骨干路由器采用的40 Gbit/s POS接口存在价格昂贵的问题。因此运营商迫切希望有一种替代POS的接口技术能够降低网络建设成本，同时又能够满足网络维护的需求。在这种背景下，IEEE于2010年6月18日正式发布了40GE和100GE接口技术标准IEEE 802.3ba-2010。该标准的发布不仅是以太网技术的又一次飞跃，同时对POS技术也是一个挑战。路由器高速接口类型的选择成了运营商骨干和城域组网面临的一个关键问题，可选接口类型包括40 Gbit/s POS、40GE、40GE OTN、100GE和100GE OTN。

根据初步了解，路由器40GE OTN和40GE并行接口由于采用相同的光模块，成本相当，低于40 Gbit/s POS成本约30%，具有较大的成本优势。传输设备40GE和并行OTU3接口（即OTL3.4）成本是 40 Gbit/s SDH/OTN串行接口成本的1/2左右，具有很大的成本优势。另外40GE LR4和OTL3.4接口的传输距离为10 km，远大于40 Gbit/s SDH/OTN串行接口的2 km，从而方便运营商的组网应用。

2 40GE/100GE和OTN接口的标准化

2.1 IEEE

IEEE关于40GE/100GE的标准化工作具体由802.3ba工作组承担，2010年6月18日正式发布了定义40GE和100GE接口的IEEE 802.3ba-2010标准。

IEEE 802.3ba分别定义了4种40GE和100GE接口，其类型和定义见表1。对于骨干网应用，主要需要考虑目标传输距离为10 km的单模光纤传输的40 Gbit/s Base-LR4和100 Gbit/s Base-LR4接口。传输距离为40 km的100 Gbit/s Base-ER4可用于城域网中的光纤直连组网；传输距离为100 m的OM3接口主要用于机房内部连接。

值得注意的是，IEEE 802.3ba定义的40GE和100GE接口均为并行接口，从而降低了技术实现的难度和成本。

表1 40GE/100GE接口类型及定义

为了满足运营商（AT&T主导）对40GE串行接口的需求，IEEE成立了802.3bg工作组，负责开发40GE串行接口规范（40 Gbit/s Base-FR）。40GE串行接口的目标是支持在单模光纤上传送2 km；开发原则是利用已有的40 Gbit/s Base-R PCS、PMA、MAC层以及 IEEE P802.3ba已有的电子和逻辑接口，并在光层与运营商已有的40 Gbit/s客户接口(OTU3/STM-256/OC-768/40 Gbit/s POS)保持兼容。主要参数如下。

·发送端波长:1550 nm；

·接收端波长:1290～1330 nm、1530～1565 nm；

·光功率预算:ITU-T G.693 VSR2000-3R2。IEEE 802.3bg标准在2011年6月已经完成并发布。

2.2 ITU-T

ITU-T关于OTN支持40GE/100GE和OTU3/OTU4的相关标准已经完成，并列入最新修订的G.709标准中。G.709定义了40GE到ODU3、100GE到ODU4的映射方式均采用GMP（通用映射规程），可实现业务信号的透明传送。在OTU3/OTU4串行接口的基础上，定义了OTU3/OTU4并行接口（OTL3.4/OTL4.4）。OTL3.4/OTL4.4并行接口使用与40GE/100GE接口相同的光器件，以便降低接口成本。

ITU-T G.695定义了支持并行OTU3接口的应用代码C4S1-2D1；G.959.1定义了支持并行OTU4接口的应用代码4I1-9D1F&4L1-9C1F。

3 100GE接口光模块发展现状

基于WDM技术的100GE并行接口目前有100 Gbit/s Base-LR4 （4×25 Gbit/s）和 10×10 Gbit/s两种方式，其中10×10 Gbit/s为非标准接口。产生这种状况的原因是10×10 Gbit/s的CFP光模块在市场上最先商用，主要是Google等互联网公司的支持，已经部署的数据设备和传输系统采用这种接口类型。由于10×10 Gbit/s接口所采用的光模块只有一个厂商支持，并且没有得到IEEE 802.3ba标准的采纳，因此其发展前景并不被看好。

而100 Gbit/s Base-LR4是IEEE 802.3ba标准定义的接口。早期的LR4 CFP光模块由于只有一个厂商支持，功耗大，可靠性低，成本高，因此影响了其推广应用。目前的LR4 CFP光模块已经得到了3～4个厂商的支持，解决了早期光模块存在的主要问题。根据对路由器和传输设备厂商的调研，目前LR4已经成为100GE接口的主流选择。

未来100GE接口的发展趋势是开发第二代光模块技术(CFP2)，采用4×25 Gbit/s串行电接口技术，进一步降低每比特功耗、体积和成本，提高集成度和性能。第二代100GE接口光模块技术目前主要应用在存储和高性能计算和路由器，可以大幅度节约体积、功耗和成本，但目前其在标准化、性价比和产业链等方面尚需进一步完善。

4 路由器和传输设备支持情况

根据对相关设备厂商的调研和实际测试，目前主流路由器和WDM/OTN设备厂商均已支持40GE LR4接口，均采用可插拔的CFP光模块。还有部分路由器和传输设备厂商支持OTL3.4接口，且与40GE LR4接口使用相同的光模块，可通过软件进行两种模式之间的切换。为了便于理解，图 1给出了路由器 40 Gbit/s POS、40GE和 40GE OTN（OTL3.4）3种接口封装协议比较。40GE与 40GE OTN接口的主要区别是增加了将64B/66B编码转换为513B编码的过程，并映射封装到OPU3/ODU3/OTU3/OTL3.4的过程。

图1 封装协议的比较

主流路由器和WDM/OTN设备厂商均已支持100GE LR4接口，均采用可插拔的CFP光模块。目前路由器设备均不支持OTL4.4接口，传输设备均已支持OTL4.4接口，用于不同传输系统间的互联。另外部分路由器和传输设备还支持非标准的10×10 Gbit/s 100GE光接口，其采用的CFP光模块大小与LR4 CFP相同，即在同一接口上可以插不同的CFP模块。

目前只有一个路由器厂商支持40GE FR接口，传输设备均不支持。

5 40GE/100GE和OTN接口互通测试情况

为了推进40GE/100GE和并行OTN接口在IP骨干网中的应用，验证路由器和传输设备的互通性，近期对主要路由器和传输设备厂商的40GE/100GE和并行OTN接口的传送相关功能和互通性进行了测试。主要测试内容包括40GE/100GE业务的互通性、接口告警功能、BIP-8误码性能统计、SD/SF功能、环回功能和转发性能等。基本测试配置如图2所示。

图2 基本测试配置

5.1 40GE/100GE业务的互通性

主流传输设备厂商的OTN/WDM设备之间均通过OTU3/OTU4接口互联实现了40GE/100GE业务的互通，同时均可通过40GE/100GE业务接口实现不同厂商之间的互通。

采用40GE LR4/100GE LR4接口，不同厂商路由器之间均实现了40GE/100GE业务的互通，性能指标正常。路由器和传输设备之间均实现了40GE/100GE业务的互通，对路由器的业务转发性能没有影响。

5.2 40GE/100GE接口告警功能

故障告警功能的测试拓扑如图3所示。各厂商路由器40GE/100GE接口均支持 IEEE 802.3ba定义的 LF（local fault）和 RF（remote fault）告警功能，并能由 LF&RF 告警触发端口down，从而避免了传统以太网链路存在的单通问题。不同路由器厂商之间、传输设备之间、路由器和传输设备之间均实现了LF&RF功能的互通。

图3 故障告警功能的测试拓扑

目前路由器设备在LF&RF告警显示方面还存在不足，即都只能在Log中显示告警信息，而不能在接口状态中进行显示。当Log信息很多时，告警查看不是很方便。

5.3 40GE/100GE接口BIP-8误码性能统计和SD/SF功能

与传统以太网相比，40GE/100GE技术在OAM方面的主要特点是增加了BIP-8误码检测能力，从而可以提供与OTN类似的误码性能检测能力。测试结果表明，多数被测路由器的40GE/100GE接口支持以太网PCS层的BIP-8误码性能统计，并支持通过SD（信号劣化）/SF（信号失效）告警触发端口down。

在进行路由器与OTN/WDM互通性测试时，需要从OTN仪表插入随机线路误码，然后在路由器以太网接口上查看以太网误码计数。由于以太网报文被封装在OTN帧的净荷里，OTN报文中存在一些OTN的开销和填充，线路误码可能发生在开销和填充字节，也可能发生在净荷区域。因此以太网报文的误码分布存在很多可能性，如OTN仪表插入2个误码，以太网层可能没有误码，也可能是1个或2个误码。因此，以太网层的误码与OTN层的误码之间不是一一对应的关系。

5.4 40GE/100GE接口外部环回检测功能

外部环回检测可以用于离线的故障定位。基于PPP/HDLC封装的POS接口支持显示的外部环回检测功能，而传统的GE/10GE接口则不支持，从而给网络的维护造成不便。

图4 外部环回测试拓扑

外部环回测试拓扑如图4所示。通过对40GE/100GE接口外部环回检测功能的测试，发现可以通过观察端口的up/down状态判断是否进行了外部环回:

·端口down，表示未进行外部环回；

·端口up，表示进行了外部环回。

上述检测方法对于光纤环回和经过传输设备的环回两种情况均适用。

5.5 40GE OTN接口互通测试情况

40GE OTN接口的测试内容与40GE基本相同。测试结果表明，路由器和OTN/WDM设备之间通过OTL3.4接口互联，可以实现业务的互通，吞吐量和时延指标正常。测试设备的OTL3.4接口的OTN开销和告警功能完善，符合OTN标准规范。路由器40GE OTN接口的环回功能与40GE接口相同。40GE OTN接口的SD/SF功能还需要进一步完善。

6 结束语

目前，主流传输和路由器设备厂商均已支持40GE/100GE接口，路由器和OTN/WDM设备的40GE/100GE接口的互通性已经成熟。路由器40GE/100GE接口的告警、环回等故障管理功能已经比较完善，可以满足现网的应用需求。路由器40GE/100GE接口的误码性能管理能力还需要进一步完善，包括误码性能统计和SD/SF功能。

路由器采用40 Gbit/s/100 Gbit/s OTN接口，可以利用OTN提供的丰富的开销和OAM能力。同时传输和数据专业维护界面清晰，可以沿用现有10 Gbit/s/40 Gbit/s POS接口的维护管理方式。但是目前支持的设备类型还很少，建议国内运营商能够积极推动设备厂商进一步完善对40GE和OTN接口的支持，满足运营商网络从40 Gbit/s POS向40GE/100GE演进的需求。

在符合标准的情况下，40GE和40 Gbit/s OTN两种接口均可满足网络维护需求，降低网络建设成本，具体接口类型的选择需要综合考虑设备支持情况、成本和维护方式等因素。100GE与100GE OTN接口的情况类似。

1 IEEE 802.3ba.40 Gbit/s and 100 Gbit/s Ethernet,2010

2 ITU-T G.709.Interfaces for the Optical Transport Network(OTN),2012