Старт разработке стандарта 10 GE был положен в далеком 1999 году. Однако сам 10-ти гигабитный Ethernet появился только 13 июня 2002 года. В этот день IEEE был принят проект стандарта 802.3ae. В этом же году уже была воздвигнута экспериментальная сеть, работающая с этим стандартом. Произошло это в американском городе Лас Вегас. Почти 10 лет назад цена за порт превышала 100 тыс. долларов.

 

Обратим внимание, что почти 25 лет до этого Робертом Меткалфом уже была предложена аналогичная модель. Основные сходства были следующими: применялся прежний формат заголовка, минимальный размер кадра составлял 64 байта, преамбула была 8-байтовой. Основным же отличием стал полный отказ от протокола CSMA/CD. В то время существовало мнение, что 10 Gig будет функционировать только в оптоволоконных системах, что связано с неизбежностью дуплексного режима. Еще за долго до этого хабы перестали применяться.
  

Физический интерфейс технологии достаточно типичен, ему характерны три уровня:
1. Physical Coding Sublayer (PCS) - он отвечает за управление битовыми последовательностями.
2. Physical Medium Attachment (PMA) - его функция состоит в преобразовании и синхронизации группы кодов в последовательный поток бит и обратно.
3. Physical Media Dependent (PMD) - на этом уровне биты преобразуются в оптические сигналы.
Обычно эти уровни изготавливаются логически независимыми друг от друга частями.

 

 

Сложная судьба выпала на долю физических интерфейсов (PHY).
Началось все с того, что на каждую из длин волн был предложен свой PMD - 10GBASE-S для 850нм (от short), 10GBASE-L для 1310нм (long) и 10GBASE-E для 1550нм (extra long). Такой подход схож с широко распространенным гигабитным интерфейсом, как по аббревиатуре, так и по самому смыслу.

 

Тому времени был характерен переход от WAN и LAN сетей стандарта IEEE, в результате началось "расширение" данного стандарта. Положение усугублялось тем, что пропускная способность SONET/SDH канала ОС-192 была близка к 10 Гбит/сек. В результате были представлены отдельные WAN PHY ("W") и LAN PHY ("R"), которые создали шесть вариантов (плюс три различных интерфейса):
10GBASE-ER (10GBASE-EW)
10GBASE-SR (10GBASE-SW)
10GBASE-LR (10GBASE-LW)

 

Если рассматривать техническую сторону WAN-расширения, то оно имело вид WAN Interface Sublayer (WIS) специально добавленного между уровнями PMA и PCS. Это обеспечило одновременную передачу информации по лазеру (не меняя MAC-уровень) как из SONET/SDH (9,95 гигабит, 16*622 Mb/s), так и из Ethernet (10,3125 гигабит, 16*644 Mb/s).

 

Необходимо отметить, что при всем этом был разработан единый интерфейс формата XGMII, который работал именно на MAC-уровне. Разница между Ethernet и SDH была хорошо видна в оптическом интерфейсе (она была предусмотрена аппаратно). С течением времени практика выявила все минусы этого подхода, но все эти недочеты были учтены при создании формата XFP. Формат XFP будет подробно рассмотрен ниже.

 

Разработчики предпринимали попытки объединения LAN и WAN версий, но результат их трудов был не удачным. Так и остались не решенными проблемы, связанные с оптической спецификацией (задержки, синхронизация и т.д.). Соединить Ethernet с L3 интерфейсами (их основой был стек протоколов PPP/HDLC) так и не удалось. И это не смотря на то, что формат Ethernet легко входил в полезную нагрузку фрейма SONET/SDH. В результате сегодня WAN-версия 10G применяется только для подключения к ОС-192 (транспондент DWDM).

 

Но и это еще не было последним препятствием на пути  стандартизации оптических интерфейсов 10G. В результате практического применения оказалось, что неоднородности мультимодового кабеля (большинство которых находилось на оси сердцевины) имели сильное рассеивающее действие на лазерное излучение. Следствием такого положения дел стала большая дифференциальная модовая задержка DMD, которая ограничивала длину работы линии старого волокна (сердцевина 65,5 нм) до двадцати-тридцати метров.

 

Новые линии, прокладываемые из 50-ти нанометрового оптического волокна, не позволяли сохранить параметры даже на стометровом участке линии. Для еще большего "удлинения" участка (до трехсот метров) было создано специальное мультимодовое волокно (TIA-492AAAC), которое имело улучшенный DMD.

 

Далее разработчиками был предложен специальный тип 10GBASE-LX4. Главным преимуществом функционирования которого, стала работа на одном физическом канале, замещая собой четыре параллельные линии на скорости 3,125 Гб/с, 1310 нм. Достигалось это благодаря уплотнению WWDM. Данное решение давало возможность функционирования на мультимодовом волокне на промежутке до трехсот метров,  а при применении одномодового - до десяти километров. Однако это существенно повысило стоимость приемников и передатчиков.

 

Обратим внимание на тот факт, что данный стандарт не имеет своего WAN-аналога. Связано это с тем, что сети Sonet/SDH давно не используют мультимодовый кабель. Кроме того сам мультимодовый кабель уже практически не употребляется и в сетях Ethernet. Таким образом, стандарт 10GBASE-LX4 - это уже атавизм, поэтому останавливаться на нем в дальнейшем мы не будем.

Совсем недавно была предпринята попытка нового "стандартизационного" рывка, на котором, скорее всего, все и закончится. В частности появился новый тип XENPAK 10GBASE-ZR. Дальность работы которого, составляла восемьдесят километров. Параллельно произошел отказ от стантаризации 10GBASE-LRM (процедура была назначена на 2006 год). 10GBASE-LRM, благодаря электронной компенсации дисперсии,  работал по мультимодовому волокну на одной длине волны на расстояниях до 300 метров.

 

 

Ниже представлена таблица, в которой представлены стандарты, отсортированные по рабочему расстоянию.

Самые популярные стандарты для Ethernet-провайдеров выделены цветом.

 

XENPAK

Данному стандарту было суждено стать первым универсальным модулем. Однако до него уже были изобретены устройства с оптическими интерфейсами. Например, достаточно известный модуль для Cisco Catalist 6500 WS-x6502-10GE. Он обладал возможностью применения сменных вставок WS-G6483 (10GBASE-ER) или WS-G6488 (10GBASE-LR). Но этот модуль имел один главный недостаток - он был очень большим и неудобным. Таким образом, возникла закономерная необходимость в создании 10-ти гигабитного аналога модулей GBIC|SFP.

Работа над соглашением о спецификации (Multi-Source Agreement,MSA) была начата 12 марта 2001. Ее инициировали две компании: Agere Systems и Agilent Technologies, подключиться к работе и сегодня может любая организация. Обещается полная поддержка стандарта IEEE 802.3ae. Был открыт официальный сайт проекта - xenpak.org, однако на нем мало информации и пользуются им, в основном, разработчики.

В массовое производство компаниями Agilent, Intel, Molex и др. были запущены модули следующего вида:

 Внешний вид X2

 

 

Модуль обладает следующими техническими особенностями:
Поддерживает скорости, отличные от 10GB, - 10G FC 10,5 Gb/c
Интерфейс XAUI 4*3,125G
Коннектор 70 pin
Размер устройства - 100*36*12 мм
Используется, к примеру, в Cisco серии 4500, 3750E
Потребление электроэнергии 4 Вт
Оптический разъем SC.

 

 

 

 

Новая технология в корне отличалась от господствующей в то время XENPAK. Начало разработки миниатюрных модулей XFP датируют 4-м марта 2002 года, и она осуществлялась под влиянием гигабитного стандарта SFP. Инициаторами старта работ стал целый ряд компаний: ONI Systems, Broadcom Corporation,ICS и другие.

 

К самым главным достоинствам модуля относится маленький размер и возможность поддерживать почти все возможные скорости.
Увидеть наглядно все достоинства XFP можно на схеме ниже:

 

 

Функция кодирования PCS (битовой последовательности) была возложена на основное устройство. Грубо говоря, XFP является универсальным последовательным преобразователем, который передает в линию все что угодно.

 

Модуль выглядит следующим образом:
 

 

Модуль обладает следующими техническими особенностями:
Поддерживает скорости, отличные от 10GB (10.3 Gb/s). Например, такие как: ОС-192/STM-64 9,95 Gb/c, 10G FC 10,5 Gb/c, G.709 10,709 Gb/c.
Его интерфейс XFI 1*10G
Потребляет электроэнергию -  3,5 Вт
Размер устройства составляет: 78*18*10 мм
Оптический разъем LC
Не поддерживает стандарт 10GBASE-LX4
Например, применяется в Cisco серии 12000
Коннектор 30 pin

 

 

Предложенная модель модуля не является вариантом 10-ти гигабитного Ethernet-а. Приводится он тут потому, что частотные ресурсы twin-axial (твинаксиального кабеля) близки к возможностям оптоволокна, поэтому технические решения на их основе схожи.

Старт разработке 10GBase-CX4 был дан в 2002 году и велись они рабочей группой IEEE 802.3ak. Данный стандарт дает возможность передавать 10G на расстояние до 15 метров по твинаксиальному кабелю. Этот модуль не особо интересен Ethernet-провайдерам, так как он ориентирован на внутриузловые соединения.

 

Разработчики модуля придерживались того же курса, что и разработчики 10GBASE-LX4. Особенно в плане использования приемопередатчиков - по четыре на каждую линию. В результате скорость передачи информации в каждом из каналов достигала 2,5 Гбит/с, тактовая частота составляла 3,125 ГГц, а кодирование осуществлялось по стандарту 8B10B. Для поддержания всех этих функций необходимы 4 дифференциальные пары, способные работать в каждом направлении. В результате общая сумма твинаксиальных каналов в соединительном кабеле равна 8-ми.

На данный момент стандартом 10GBase-cx4 почти никто не пользуется. Основная причина - это стоимость. Оптические варианты 10G стоят на много дешевле твинаксиальных. Еще одна причина - это неудобство монтажа твинаксиальные кабельной сборки. Их сложно собирать в "полевых условиях" и стоит это не дешево, в отличие от оптоволокна.

 

 

 

SFP+

Данный стандарт был принят совсем недавно - в 2008 году. Уже в 2009 году появилось оборудование, работающее на его основе. Толчком к созданию SFP+ стало желание потребителей иметь такое оборудование, которое бы сочетало в себе выгоды формата SFP для 10-гигабитных потоков и преимущества XFP. Грубо говоря, SFP+ - это логическое продолжением XFP. Чтобы уменьшить размер модуля и сократить энергопотребление, часть электрической составляющей модуля была вынесена на устройство-носитель.

 

Модуль обладает следующими техническими особенностями:
SFP+ compliance testing
Cisco 10GBASE SFP+ Modules

 

В настоящее время, на рынке существует ряд модулей SFP+, которые применяются не только для оптоволокна, но и для медных витых пар. Обычно в таких системах модули обычно жестко связаны с кабелем и выступают в роли неотделяемого разъема. Протяженность кабеля при этом составляет от 1 до 15 метров.