No.373

ดร.วิรินทร์ เมฆประดิษฐสิน

 

 

เมื่อเทคโนโลยี Ethernet ความเร็วสูงก้าวมาสู่ทางสองแพร่ง ใกล้เวลาที่ต้องตัดสินใจว่าจะเดินไปทางไหนระหว่างสาย 25 Gigabit Ethernet หรือสาย 40 Gigabit/s Ethernet

 

โรดแมปของอีเทอร์เน็ต

 

          แนวโน้มของการพัฒนาความเร็วเพื่อตอบสนองต่อการใช้งานบริการด้านคลาวด์ที่ต้องพึ่งพาอาศัยดาต้าเซ็นเตอร์เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง Ethernet Alliance ตั้งเป้าไว้ว่าภายในปี 2016-2019 จะมีการพัฒนาอีเทอร์เน็ต (Ethernet) ไปสู่ความเร็วที่ 200 Gigabit/s หลังจากที่ในปี 2010 ได้มีการพัฒนา 100 Gigabit Generation 1 ไปเป็นที่เรียบร้อยแล้ว แต่มีราคาแพง และเป็นสถาปัตยกรรมบนพื้นฐานของ 10 Gigabit/s ซึ่งมีการแบ่งช่องทางสื่อสารด้วย 10 Gigabit/s 10 ช่องทาง เช่นเดียวกันจะมีการผลักดันให้มีการใช้ 50 Gigabit/s ในระหว่างปี 2019 เช่นกัน

 

          แต่ที่น่าจับตามองก็คือการมาถึงของ 25 Gigabit/s ซึ่งเป็นเป้าหมายของการพัฒนาเพื่อ 25 Gigabit/s มาใช้งาน โดยมีสถาปัตยกรรมที่แตกต่างออกไป จนทำให้เราอาจต้องกลับมาคิดว่าเราจะเดินต่อไปข้างหน้าเมื่อปรากฏทางสองแพร่งนี้ได้อย่างไร เพราะสถาปัตยกรรมนั้นแตกต่างกัน เนื่องจาก 40 และ 100 Gigabit/s ถูกสร้างขึ้นโดยการเพิ่มจำนวนเลน (เส้นทาง) วิ่งของข้อมูลข่าวสารจำนวน 4 หรือ 10 เส้นทาง ในขณะที่ 25 Gigabit/s นั้นใช้จำนวนเส้นทางการสื่อสารเพียง 1 เส้นทางเท่านั้น ในขณะที่การอัปเกรดสามารถทำได้เป็นขั้นๆ เช่น 50 Gigabit/s ที่ใช้ 2 เส้นทางและ 100 Gigabit/s ใช้เพียง 4 เส้นทางเท่านั้น จึงสามารถประหยัดสายสัญญาณที่เชื่อมต่อไปมาระหว่าง MDA Rack กับ HAD Rack ในดาต้าเซ็นเตอร์ หรือแม้แต่ภายในตู้แร็กเดียวกันเมื่อเพิ่มจำนวนของเซิร์ฟเวอร์ (รูปที่ 1)

 

 

รูปที่ 1 แสดงโรดแมปของการพัฒนาอีเทอร์เน็ต

 

แรงขับดันสู่ 25 GbE

 

          การปรับปรุงคุณภาพในด้านความเร็วด้าน I/O ของซีพียูตระกูล x86 จากอินเทล รวมทั้งความเร็วในการประมวลผลที่สูงขึ้นทำให้ 10 Gigabit Ethernet มีความเร็วไม่เพียงพอต่อความต้องการ เมื่อเพิ่มจำนวนของเซิร์ฟเวอร์บน Top of Rack Design (รูปที่ 2) ก็ต้องเพิ่มจำนวนของสวิตช์ในแต่ละแร็ก และใช้การ์ด LAN แบบ 10 GbE NICs ค่าใช้จ่ายแฝงทำให้วิธีการนี้ไม่เหมาะสมหรือได้ผลดี

 

 

รูปที่ 2 แสดงตัวอย่างการเชื่อมต่อแบบ Top of Rack Design

 

ทำไมจึงต้องเป็น 25 Gigabit Ethernet

 

 

          ซีพียูยุคใหม่ชื่อ “Grantley” (รูปที่ 3 และ 4) ของอินเทลที่จะมาในเร็ววันนี้ เมื่อนำมาใช้กับเซิร์ฟเวอร์จะสามารถถ่ายเทข้อมูลที่เร็วกว่า 10 Gbit/s

               

          ในสภาพ Server Farm ที่มีอยู่ในจำนวนหนาแน่นจากผู้ให้บริการคลาวด์ อย่างเช่น กูเกิลและไมโครซอฟท์ ซึ่งต่างใช้เซิร์ฟเวอร์ความเร็ว 10 GbE อาจต้องเพิ่มจำนวนสวิตช์บนแร็ก รวมทั้งการกินเนื้อที่ กำลังไฟ และค่าใช้จ่ายด้านการทำความเย็น

 

          อีเทอร์เน็ตถูกนำมาใช้งานบนระบบเซิร์ฟเวอร์และเน็ตเวิร์กสวิตช์อย่างกว้างขวาง อัตราความเร็ว 25 Gb/s ช่วยสร้างโซลูชั่นการเชื่อมต่อระหว่างเซิร์ฟเวอร์กับสวิตช์ด้วยต้นทุนประหยัด รวมทั้งโซลูชั่นขนาด 100 Gb/s ที่ช่วยเพิ่มช่องทาง 25 Gb/s ภายใต้เทคโนโลยี SerDes

               

          คุณลักษณะการทำงานที่ชัดเจนของ 25 Gigabit คือเลนเดี่ยว หมายถึงเส้นทางการส่งสัญญาณทางไฟฟ้าบนไมโครชิปที่ใช้ขับเคลื่อนการทำงานของพอร์ตอีเทอร์เน็ต โดยเลนหรือเส้นทางการเชื่อมต่อแบบเดี่ยวนี้มีขนาด 25 Gigabit/s เมื่อลองมาเปรียบเทียบกับ 40 หรือ 100 Gigabit/s แล้วจะเห็นว่า 25 Gigabit/s มีประสิทธิภาพที่เหนือกว่าตรงที่

 

• การออกแบบ 40 GbE ใช้แนวทางของ 10 GbE จำนวน 4 เลน
• การออกแบบ 100 GbE ในเจเนอเรชั่นแรกใช้ 10 GbE จำนวน 10 เลน
• การออกแบบ 100 GbE ในยุคที่ 2 ใช้ 25 Gbit/s จำนวน 4 เลน ใช้กับสายสัญญาณทองแดงหรือสายไฟเบอร์ออปติกได้

 

          ด้วยเหตุนี้หากมีการอัปเกรดจาก 10 Gigabit/s ไปเป็น 50 หรือ 100 Gigabit/s สามารถทำได้โดยง่าย เนื่องจากเส้นทางการเชื่อมต่อลดน้อยลงและการอัปเกรดสามารถทำได้ดีกว่า (รูปที่ 5)

 

 

รูปที่ 5 แสดง Channel Multiplexing

 

ความเกี่ยวข้องกับ 100 GbE ของ 25 GbE

 

 

รูปที่ 6 แสดงแชนเนล (Channel) ต่างๆ ใน 100 Gb Ethernet

 

          จุดประสงค์มาตรฐาน 25 GbE คือใช้อุปกรณ์และระบบเชิงกายภาพแบบเลนเดี่ยวขนาด 25 Gbit/s แบบที่ใช้บน 100 Gbit/s ยุคที่ 2 ทำให้มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยเกี่ยวกับ Forward Error Correction และการปรับแต่งเลน (Lane Alignment) ทำให้ลดค่าใช้จ่ายเมื่อเทียบกับ 40 GbE (รูปที่ 6 และ 7)

 

 

รูปที่ 7 เทคโนโลยี 25 GbE ช่วยให้เกิดการประหยัด

 

สรุป

          • มาตรฐาน 25 GbE ช่วยลดจำนวนของเลนบน Chip ทำให้ Chip ราคาถูกลง กินกำลังไฟน้อยลง
          • กระบวนการทำงานเรียบง่าย ปรับแต่งเล็กน้อย จากมาตรฐาน 100 Gbit/s ยุคที่สอง
          • การเปลี่ยนผ่านจาก 10 G ไปสู่ 40G เป็นก้าวกระโดดครั้งใหญ่ ทำให้มีค่าใช้จ่ายสูง ขณะที่ 25 Gbit/s มีต้นทุนต่ำกว่า

 

สายสัญญาณที่ใช้ใน 25 GbE

 

          คณะทำงาน IEEE 802.3 ได้กำหนดเจาะจงให้สามารถใช้สายสัญญาณ Twinax (Direct Attach Copper) ความยาวไม่เกิน 5 เมตร และยังได้กำหนดคุณลักษณะการเชื่อมต่อดังนี้

 

• Printed Circuit Backplane ไม่เกิน 1 เมตร (รูปที่ 8)
• สาย Twisted Pair ไม่เกิน 30 เมตร
• สายไฟเบอร์แบบ Multimode ไม่เกิน 100 เมตร
• ผู้ผลิตบางรายกำหนดให้ใช้สาย Single Mode ที่ระยะทาง 2 กิโลเมตร

 

 

รูปที่ 8 ระยะทางการเชื่อมต่อภายใน Backplane ของอุปกรณ์

 

Interface Form Factor สำหรับ 25 GbE

 

          QSFP28 ถูกนำมาใช้กับ 4x25 GbE และ SFP28 ถูกใช้สำหรับพอร์ตเดี่ยวความเร็ว 25GE Form Factor เหล่านี้สัมพันธ์กันกับ QSFP+ และ SFP+ โดยมีขนาดเดียวกันกับที่มีอยู่ดั้งเดิม แต่ออกแบบมาสำหรับ 25 Gbit/s นอกจากนี้มีความจำเป็นต้องใช้ SFP28 Connector และโมดูลสำหรับ 25 GbE เนื่องจากมีประสิทธิภาพดีกว่า SPF+ ที่ใช้งานได้เฉพาะบน 10 GbE

 

 

          สายสัญญาณ 25G SFP28

 

          IEEE CFI เน้นการใช้งาน SFP28 และ QSFP28 Direct Attach Copper Twinax Cables (DACs) 25G SFP28 ถูกนำมาใช้กับสาย 25G DAC โดยใช้ SFP+ Form Factor ระยะทางการเชื่อมต่อสูงสุดอยู่ที่ 5 เมตร (รูปที่ 9 และ 10)

 

          SFP28 DAC มีอยู่ 2 แบบคือ 25G SFP28 to SFP28 DAC และ 100G QSFP28 to 4 SFP28 Breakout DAC โดย SFP28 to SFP28 เป็นสายทองแดงแบบ Passive ที่มีความเร็วสูง ราคาประหยัด สำหรับการเชื่อมต่อที่ความเร็ว 25 Gbit/s ออกแบบมาสำหรับการเชื่อมต่ออีเทอร์เน็ตความเร็วสูงในดาต้าเซ็นเตอร์ (รูปที่ 11 และ 12)

 

          การแยก 100 GbE ออกเป็น 4x25 GbE

 

          สวิตช์ที่ทำหน้าที่เป็น Top of Rack (ToR) ถูกออกแบบมาให้ทำงานที่ความเร็ว 100, 50, 40, 25 และ 10G ดังนั้นหากมีสวิตช์เหล่านี้จะสามารถรันภายใต้โหมด 4x25G จากพอร์ต QSFP28 จุดเด่นคือท่านสามารถติดตั้งใช้ 25 Gigabit Ethernet เพื่อติดตั้งเชื่อมต่อกับเซิร์ฟเวอร์ภายในตู้แร็กเดียวกันโดยใช้สาย UTP Categories 8 หรือสาย DAC ที่ทำจากสาย Twinax โดยสามารถเชื่อมต่อได้ด้วยระยะทางไม่เกิน 3 เมตร และหากใช้สาย Categories 8 ก็สามารถเชื่อมต่อได้ไกลสุด 8 เมตร โดยแต่ละพอร์ตของสวิตช์มีความเร็ว 25 Gigabit/s เชื่อมต่อกับเซิร์ฟเวอร์ที่ใช้เน็ตเวิร์กอะแดปเตอร์ที่มีความเร็ว 25 Gigabit/s เช่นกัน ยิ่งไปกว่านั้นสวิตช์แบบ 25 Gigabit/s ยังมีพอร์ตขนาด 100 Gigabit/s ที่สามารถใช้สาย 4x25 หรือสาย Breakout เพื่อเชื่อมต่อเซิร์ฟเวอร์จำนวน 4 ตัวที่ทำงานบนความเร็ว 25 Gigabit/s เช่นกัน

 

ผลิตภัณฑ์ 25 GbE ในท้องตลาด

 

          รูปที่ 13-17 แสดงให้เห็นถึงตัวอย่างผลิตภัณฑ์ต่างๆ ที่เป็น 25 GbE ในท้องตลาด

 

 

รูปที่ 17 สายสัญญาณ UTP Categories 8 

 

25 GbE คืออะไร

 

          25 GbE Ethernet เป็นมาตรฐานที่มีจุดประสงค์เพื่อเพิ่มศักยภาพการเชื่อมต่อในดาต้าเซ็นเตอร์ เนื่องจากมีความต้องการเพิ่มขึ้นเกี่ยวกับความเร็วเครือข่ายที่สูงกว่า 25G Ethernet เป็นมาตรฐานที่นิยามการทำงานของ 100 GbE ที่ใช้เลนขนาดความเร็ว 25 Gbit/s จำนวน 4 เลน ทำงานด้วยสายทองแดงหรือสายไฟเบอร์ออปติก

               

          100G ใช้ Quad Small Form Factor Pluggable Transceiver หรือ (QSFP28) ที่มีแหล่งแสงทำจากเลเซอร์จำนวน 4 ชุด แต่ละชุดส่งกระจายข้อมูลด้วยความเร็ว 25 Gbit/s ดังนั้นหากต้องการอัปเกรดไปใช้ 100 Gigabit/s ก็สามารถทำได้ด้วยสายสัญญาณเพียง 4 เส้นเท่านั้น (ดูรูปที่ 16) นอกจากนี้ Ethernet Alliance ยังได้นิยามมาตรฐานสายตีเกลียวว่าได้มาจากการพัฒนามาตรฐาน 40 GbE โดยกำหนดให้ใช้สาย UTP ชนิด Categories 8 โดยสามารถนำมาใช้เพื่อเชื่อมต่อระหว่าง สวิตช์กับเซิร์ฟเวอร์ภายในตู้แร็กเดียวกัน รูปที่ 18 เป็นตารางมาตรฐาน 25 GbE รูปที่ 19 แสดงเทคโนโลยีต่างๆ ใน 25 Gb

 

ถึงเวลาใช้ 25 GbE แล้วหรือยัง

 

          ความต้องการใช้บริการจาก Web-scale Data Center และบริการคลาวด์มีความเร่งด่วนที่จะต้องใช้ระบบความเร็วสูง อีกทั้งประสิทธิภาพของ Server Backplane สูงเกินกว่า 10 Gigabit/s ทำให้เกิดคอขวดระหว่างเซิร์ฟเวอร์กับระบบเครือข่าย นอกจากนี้ต้นทุนที่ต่ำกว่าในกรณีที่จะเปลี่ยนถ่ายจาก 10 GbE ไปเป็น 25 GbE เมื่อเทียบกับการเปลี่ยนถ่ายจาก 10 GbE ไปเป็น 40 GbE ยิ่งไปกว่านั้นทั้ง Switching กับ PHY และไมโครชิปก็อยู่ในระหว่างการพัฒนา

               

          การจัดตั้ง 25 GbE Consortium มีเป้าหมายอยู่ที่ดาต้าเซ็นเตอร์และเครือข่ายระดับ Cloud-scale เทคโนโลยี 25 Gb/s เป็นมาตรฐานและสามารถพัฒนาสู่ 100 GbE ยุคที่ 2 ได้โดยง่ายกว่า นอกจากนี้ในปัจจุบันยังไม่มี 40 Gb/s ชนิดเลนเดี่ยวถูกพัฒนาเป็นมาตรฐานในปัจจุบัน อีกทั้งยังไม่มีโรดแมปจาก Ethernet Alliance ที่จะกำหนดให้มี 40 GbE แบบเลนเดี่ยวในอนาคต

 

ประสิทธิภาพการใช้งาน 25 GbE

 

• เพิ่มประสิทธิภาพและความสามารถในการขยายถึงขีดสุด : ความเร็วที่เพิ่มขึ้น5 เท่าเมื่อเทียบกับ 10 GbE
• เนื่องจาก 25 GbE เป็นระบบเลนเดี่ยว ทำให้ช่วยเพิ่ม Port Density และความสามารถในการขยายของเครือข่ายได้เต็มที่เมื่อเทียบกับ 40 GbE ที่ใช้ 4 เลน
• การลงทุนที่ต่ำกว่า รวมทั้งค่าปฏิบัติการน้อยกว่า : การใช้ 25 GbE ช่วยลดจำนวนของสวิตช์และสายสัญญาณ สามารถลดการกินกระแสไฟฟ้าและการปฏิบัติการเพื่อเพิ่มความเย็นเมื่อเทียบกับเทคโนโลยี 40 GbE การลดลงของอุปกรณ์สวิตช์ทำให้ลดการจัดการลงได้

 

 

รูปที่ 20 เปรียบเทียบ 10 GbE กับ 25 GbE

 

• การใช้ 25 GbE พร้อมอุปกรณ์ QSFP28 Transceivers ช่วยให้ลดการเชื่อมต่อเหลือเพียงเลนเดี่ยว คล้ายกันกับเทคโนโลยี 10 GbE ที่มีอยู่แล้ว แต่ให้ความเร็วกว่า5 เท่า (รูปที่ 20)
• จุดประสงค์ของมาตรฐานคือความเร็วเพิ่มขึ้น5 เท่าต่อเลนที่ทำงานแบบ SerDes โดยใช้สายทองแดงชนิด Twinax แบบเดียวกับที่ใช้ใน 10G และ 40G
• การเชื่อมต่อ 50 GbE ใช้เพียงสวิตช์ 2 ตัว หรือ NIC ที่ทำงานแบบ SerDes Lanes ซึ่งทำงานที่ 25 Gb/s ต่อ 1 เลน ซึ่งช่วยเพิ่มแบนด์วิดธ์ได้มากกว่า 25% เมื่อเทียบกับ 40 GbE และยังใช้จำนวนสาย Twinax เพียงครึ่งเดียว (4 สาย) ดังนั้นการเชื่อมต่อแบบ 25 GbE โดยใช้ Switch/NIC ที่ทำงานบนเลนแบบ SerDes จะช่วยเพิ่มแบนด์วิดธ์มากถึง 2.5 เท่าเมื่อเทียบกับ 10 GbE ด้วยปริมาณคู่สาย Twinax ที่เท่ากัน ซึ่งใช้ในสาย SFP+ Direct Attach Copper (DAC) ซึ่งใช้ในปัจจุบัน

 

เหตุใดจึงต้องใช้ Twinax

 

 

• สาย Twinax ใช้วิธีการแพร่สัญญาณไปตามสายที่แตกต่างจากทั่วไป มีลักษณะคล้ายๆ กับคลื่นวิทยุมากกว่าสัญญาณทางไฟฟ้า ขณะที่สายสัญญาณบน UTP ต้องการระบบอิเล็กทรอนิกส์อย่างมากเพื่อขับดันสัญญาณหรือรับสัญญาณเข้ามา ผลคือ Twinax ใช้กำลังที่ต่ำกว่า (ราวๆ 1 – 1.5 วัตต์ต่อ 1 พอร์ต) เปรียบเทียบกับ UTP (ใช้ 4 – 6 วัตต์ต่อ 1 พอร์ต)
• ใช้โทโปโลยีคล้ายกับ 40 Gb/s กับ 10 Gb/s
• ใช้งาน 25 Gb/s SFP28 แบบพอร์ตเดี่ยวหรือ 4 พอร์ต โดยมี 25 Gb/s ต่อ 1 พอร์ต
• ใช้ QSFP28 Breakout
• เพิ่มจำนวนพอร์ตและแบนด์วิดธ์ได้ขีดสุดในสภาพแวดล้อมของ ToR ใน Rack Server ที่มีเซิร์ฟเวอร์หนาแน่น
• สามารถเชื่อมต่อภายในความยาวสายไม่เกิน 3 เมตร

 

ประสิทธิภาพการเชื่อมต่อและเพิ่มแบนด์วิดธ์ด้วยพอร์ต 25 Gb/s

  

• การเชื่อมต่อภายในของสวิตช์ ASIC ถูกจำกัดโดย SerDes I/O
• เลนขนาด 25 Gb/s ช่วยเพิ่มขีดสุดของแบนด์วิดธ์ต่อขาสัญญาณและ Switch Fabric
• พอร์ตขนาดเลนเดี่ยวช่วยเพิ่มขีดสุดของการเชื่อมต่อเซิร์ฟเวอร์ภายใต้ ASIC เพียงหนึ่งเดียว
• พอร์ต 25 Gb/s สามารถเพิ่มประสิทธิภาพในแง่จำนวนพอร์ตและแบนด์วิดธ์สำหรับการเชื่อมต่อระหว่างเซิร์ฟเวอร์

 

ระบบงานที่สามารถนำ 25 Gigabit Ethernet มาใช้งาน

 

          ระบบงานที่สามารถนำเอา 25 Gigabit Ethernet ไปใช้งาน ได้แก่ การ Downlink มาที่เซิร์ฟเวอร์ ขณะเดียวกันก็ Uplink ไปที่ Core Switch โดยใช้ 100 หรือ 50 Gigabit/s นอกจากนี้ยังสามารถนำไปใช้กับ Backplane ของอุปกรณ์เครือข่าย อย่างเช่น สวิตช์

               

          มาตรฐาน 25 Gigabit Ethernet ยังสามารถก่อนรูปร่างเป็นมาตรฐาน 10 Gigabit Ethernet อย่างเช่น มาตรฐาน 100G ได้แก่ 100GBASE-LR4 และ 100GBASE-ER4 ประกอบไปด้วย 25 GbE จำนวน 4 เลน ทำงานบนสายไฟเบอร์ออปติกแบบ Single Mode และใช้เทคโนโลยี Course Wavelength Division Multiplexing (CWDM)

               

          ส่วนมาตรฐาน 100GBASE-SR4 ประกอบขึ้นด้วย 4x25G เลน ทำงานบนสายสัญญาณไฟเบอร์ออปติกแบบ Multimode สามารถใช้ QSFP28 Fiber Optic Transceiver บน 100GBASE-SR4 เพื่อใช้กับเครือข่ายแบบนี้ได้ และมีขนาดเทียบเท่า 40G QSFP+ ที่มีเลนขนาด 10G จำนวน 4 เลน

               

          QSFP28 มีขนาดความหนาแน่นกว่า 250% อีกทั้งยังรองรับชุดพร้อมสายสัญญาณที่เรียกว่า Direct Attach Copper Cable รวมทั้งอุปกรณ์ระบบไฟเบอร์ออปติกชนิด Active

               

          SFP28 Optical Transceiver Modules แบบเลนเดียวสำหรับ 25G ยังถูกออกแบบให้ทำงานร่วมกับสาย QSFP28 เพื่อแตกออกเป็นสาย SFP28 จำนวน 4 เส้น แต่ละเส้นมีความเร็ว 25 Gigabit/s

               

          รูปที่ 21 การอัปเกรดจาก 10 Gigabit/s Ethernet ไปเป็น 25 Gigabit/s Ethernet รูปที่ 22 แสดงการประยุกต์ใช้งาน 25 Gb Ethernet

 

 

รูปที่ 21 การอัปเกรดจาก 10 Gigabit/s Ethernet ไปเป็น 25 Gigabit/s Ethernet

 

 

รูปที่ 22 แสดงการประยุกต์ใช้งาน 25 Gb Ethernet

 

SerDes คืออะไร

 

          Serializer/Deserializer (SerDes หรือ Sir-Deez) เป็นกรอบรูปแบบการทำงานที่ใช้บนการสื่อสารความเร็วสูงเพื่อทลายข้อจำกัดของอินพุต/เอาต์พุต โดยกรอบการทำงานนี้จะแปลงข้อมูลระหว่าง Serial Data กับ Parallel Interfaces ในแต่ละทิศทาง การใช้งานเบื้องต้นของ SerDes คือการทำให้สามารถส่งกระจายข้อมูลบนเส้นทางเดี่ยวเพื่อลดจำนวนของขาสัญญาณ I/O และการเชื่อมต่อระหว่างกัน (รูปที่ 23)

 

 

รูปที่ 23 แสดงรูปแบบการทำงานของ SerDes

 

คุณลักษณะของ 25 Gigabit Ethernet

 

• รองรับอัตราความเร็วบน MAC ขนาด 25 Gb/s
• รองรับ Full Duplex เท่านั้น
• อนุรักษ์ Ethernet Frame Format เพื่อให้สามารถใช้ Ethernet MAC ตามปกติ
• รักษาขนาดเล็กสุดและโตที่สุดของเฟรมที่ใช้ในปัจจุบันตามมาตรฐาน IEEE 802.3
• รองรับ BER ได้ดีกว่าหรือเท่ากับ 10 ยกกำลัง 12 ที่ MAC/PLS Service Interface
• นิยามการทำงานของเลนเดี่ยวขนาดความเร็ว 25 Gb/s ต่อ 1 เลน โดยมี PHY สำหรับการทำงานของแผงวงจรของ Backplane ตามมาตรฐานที่กำหนดใน IEEE Std 802.3bj--2014 Clause 93
• นิยาม PHY แบบเลนเดี่ยวขนาดความเร็ว 25 Gbit/s สำหรับสายสัญญาณทองแดงแบบ Twinaxial ที่มีความยาวอย่างน้อย 3 เมตร

 

ประสิทธิภาพด้าน I/O สำหรับ 25 Gb/s

 

 

          ข้อจำกัดการเชื่อมต่อของสวิตช์ ASIC อยู่ที่ SerDes I/O แต่การที่มีเลนหรือเส้นทางการเชื่อมต่อที่เลน 25 Gb/s ช่วยเพิ่มแบนด์วิดธ์สูงสุดต่อขาสัญญาณของ Switch Fabric เมื่อเทียบกับระบบเก่า การมีพอร์ตแบบเลนเดี่ยวช่วยเพิ่มการเชื่อมต่อกับเซิร์ฟเวอร์ภายใต้การทำงานของ ASIC เพียงหนึ่งเดียว นอกจากนี้ความเร็ว 25 Gb/s ต่อ 1 พอร์ต ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพทั้งที่เกี่ยวกับจำนวนพอร์ตและแบนด์วิดธ์ทั้งหมดสำหรับเชื่อมต่อกับเซิร์ฟเวอร์

 

ประโยชน์ของ 25 GbE สำหรับ Server I/O

 

• เพิ่มค่า Throughput สูงสุดของสวิตช์และประสิทธิผล
• ลดรายจ่ายเพื่อซื้อสินทรัพย์ใหม่ (CAPEX)

          - ลดจำนวนของสวิตช์ ToR

          - ลดจำนวนของสายสัญญาณ

• ลดรายจ่ายในการดูแลดาต้าเซ็นเตอร์ (OPEX)

          - ใช้พลังงานน้อยลง

          - ใช้ความเย็นน้อยลง

 

• ลดค่าใช้จ่ายต่อจำนวนบิตข้อมูลน้อยลง

          ข้อแนะนำ

          – ให้ใช้สาย Cu โดยมีจุดประสงค์เพื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์ระหว่างแร็กความยาว 5 เมตร และสาย Cu สำหรับการเชื่อมต่อภายในตู้แร็กเดียวกัน

          - ใช้สายไฟเบอร์ออปติกชนิด MMF สำหรับสื่อสารข้อมูล

          - พิจารณาใช้ SFP28/QSFP28 สำหรับ 25 GbE MDIs เพื่อให้เกิด Chip-to-Chip และ Chip-to-Module Electrical Interfaces

 

 

รูปที่ 24 แสดงประสิทธิภาพด้าน I/O ของ 25 Gigabit Ethernet

 

แอพพลิเคชั่นของ 25 GbE

  

• มาตรฐานอินเตอร์เฟซทางกายภาพของ 25 GbE คือรองรับ QSFP28 และ SFP28 Form Factor
• QSFP28 มีเลนเพื่อการสื่อสารจำนวน 4 เลน ทำงานที่ความเร็ว 25 Gbps ต่อ 1 เลน
• SFP28 มีเพียง 1 เลน ความเร็ว 25 Gbps
• ปัจจุบันสวิตช์ไม่รองรับพอร์ต 25G SFP28 ดังนั้นโซลูชั่นสำหรับ 25G คือการใช้สายสัญญาณ Breakout ที่ทำให้พอร์ต 25 GbE จำนวน 4 พอร์ตสามารถเชื่อมต่อเข้าไปที่พอร์ต 100GbE, QFSFP28 ของสวิตช์ได้
• Quad Small Form Factor Pluggable (หรือ QSFP หรือ QSFP+) เป็น Transceiver ขนาดกะทัดรัดและเป็นแบบ Hot-plugged ใช้งานได้ดีกับงานประเภทสื่อสารข้อมูล
• มีไว้เพื่ออินเตอร์เฟซกับแผงวงจรหรือเมนบอร์ดของอุปกรณ์เครือข่าย (สำหรับสวิตช์, เราเตอร์ และ Media Converter หรืออุปกรณ์ที่คล้ายคลึงกัน) กับสายสัญญาณไฟเบอร์ออปติก
• QSFP+ Transceiver ถูกออกแบบมาเพื่อรองรับ Serial Attached SCSI, 40G Ethernet, 20G/40G Infiniband และมาตรฐานการสื่อสารอื่นๆ

 

ผู้บริการคลาวด์พิจารณาใช้ QSFP28 และ SFP28

 

          QSFP28 ถูกใช้งานกับ 4x25GE และ SFP28 ถูกนำมาใช้กับ 25 GbE พอร์ตเดียว SFP28 Module ทำงานบน Form Factor แบบ SFP+ รองรับมาตรฐาน 25 GbE สามารถส่งกระจายข้อมูลบนสายไฟเบอร์ออปติกชนิด OM4 Multimode ที่ระยะทาง 100 เมตร

 

 

รูปที่ 25 แสดงลักษณะ Transceiver ที่ใช้ใน 25 Gigabit กับ 10 Gigabit

 

• QSFP28 SR4 Module เป็นโซลูชั่นที่ได้มาตรฐาน IEEE 802.3 และความต้องการของ MSA (Multi Source Agreement) ที่กินกำลังไฟฟ้าไม่เกิน5 วัตต์ ตัวโมดูลสนับสนุนทั้งแบบ 100GBASE-SR4 และ 4x25G Breakout Application ด้วยการใช้งาน QSFP28 SR4 และ SFP28-SR Module เป็นตัวอย่างที่ใช้งานในปัจจุบัน

 

          มาตรฐาน 25 GbE

 

• เลนเดี่ยวขนาด 25 Gbit/s เรียกว่า 25GBASE-KR ใช้ PHY สำหรับ Printed Circuit Backplane
• เลนเดี่ยวขนาด 25 Gbit/s เรียกว่า 25GBASE-CR-S ใช้ PHY สำหรับสาย Twinax ความยาว 3 เมตร (ใช้เชื่อมในแร็กเดียวกัน)
• เลนเดี่ยวขนาด 25 Gbit/s เรียกว่า 25GBASE-CR-L ใช้ PHY สำหรับสาย Twinax ความยาว 5 เมตร (ใช้เชื่อมระหว่างแร็ก)
• เลนเดี่ยวขนาด 25 Gbit/s เรียกว่า 25GBASE-SR ใช้ PHY สำหรับสายไฟเบอร์ออปติกชนิด OM4 ระยะทาง 100 เมตร

 

          25G Solution

 

• Fiberstore (FS.COM) ได้นำเสนอสายสัญญาณ 25G DAC (Direct Attach Copper) ซึ่งรวมเอา 100G QSFP28 to 4xSFP28 และ 25G SFP28 to SFP28 ที่รองรับการเชื่อมต่อความยาวจาก 1 เมตรถึง 5 เมตร
• QSFP28 อ้างอิงถึงสายสัญญาณ 100G DAC ภายใต้ QSFP+ Form Factor
• SFP28 อ้างอิงถึงสายสัญญาณ 25G DAC ที่ใช้ SFP+ Form Factor
• ชุดสายสัญญาณทำงานภายใต้ QSFP+ และ SFP+ Cable ไม่คอมแพตทิเบิลกับพอร์ต QSFP28 และ SFP28
• 25G DAC ถูกออกแบบมาเพื่อใช้กับการเชื่อมต่อด้วยสายทองแดงที่มีต้นทุนต่ำสำหรับสวิตช์ ToR
• Fiberstore จะประกาศตัวอุปกรณ์ 25GBASE-T Interface
• 25GBASE-T สามารถรองรับความยาวสาย 30 เมตร
• เป็นโซลูชั่นต้นทุนต่ำสำหรับ ToR Server Connection โดยใช้ Point-to-Point Patch Cord รวมทั้งการใช้ End of Row (EoR) หรือ Middle of Row (MoR) ทั้งหมดใช้สายสัญญาณความยาวไม่เกิน 30 เมตร
• การเชื่อมต่อทำได้โดยใช้ RJ45 Plug และคอนเน็กเตอร์ ซึ่งสะดวกกว่า 25G DAC

 

มาตรฐาน 40 GbE Ethernet

 

          คณะทำงานมาตรฐาน IEEE 802.3 ให้ความใส่ใจในการดูแลรักษามาตรฐานและการต่อยอดของการสื่อสาร Ethernet ที่มีความเร็วสูงและมาตรฐาน 802.3ba ถูกออกแบบมาเพื่อให้มีขีดความสามารถในการทำงานที่เร็วกว่า 10 Gbit/s ในปี 2010

               

          คณะทำงานมาตรฐาน 802.3ba เลือกอัตราความเร็วที่ 40 และ 100 Gbit/s เพื่อให้สามารถสื่อสารแบบจุดต่อจุดและในแบบ Link Aggregation นี่เป็นครั้งแรกที่อัตราความเร็วที่แตกต่างกันของ Ethernet 2 ความเร็ว แต่ทำงานภายใต้มาตรฐานเดียว การตัดสินใจเลือกที่จะให้ 2 อัตราความเร็วใช้มาตรฐานเดียวกันนั้นมาจากแรงกดดันที่จะให้มีการสนับสนุนการทำงานที่ความเร็วขนาด 40 Gbit/s สำหรับแอพพลิเคชั่นของ Local Server และ Internet Backbone ที่มีอัตราความเร็ว 100 Gbit/s มาตรฐานได้ถูกประกาศในเดือนกรกฎาคม 2007 และได้รับการยอมรับในเดือนมิถุนายน 2010

               

          มาตรฐาน 40/100 Gigabit Ethernet ถูกห้อมล้อมไปด้วยคุณลักษณะพิเศษในการทำงานของอุปกรณ์เชิงกายภาพ (PHY) อุปกรณ์ระบบเครือข่ายอาจสนับสนุน PHY หลากชนิดก็เป็นได้ในรูปแบบโมดูลที่สามารถปลั๊กอินเข้าไปในระบบและโมดูลที่มีการทำงานเชิงแสง ไม่ได้ถูกกำหนดให้มีมาตรฐานเป็นทางการ แต่ได้รับความเห็นชอบร่วมกันภายใต้ Multi Source Agreement (MSAs เป็นข้อตกลงกันระหว่างผู้ผลิตมากมายหลายรายที่ได้สร้างผลิตภัณฑ์ให้สามารถเข้ากันได้ ทำเป็นมาตรฐานเฉพาะกลุ่มของผู้ผลิต จุดประสงค์เพื่อให้อุปกรณ์ที่ผลิตมีความเหนือกว่าในเชิงแข่งขัน) หนึ่งในข้อตกลงเกี่ยวกับมาตรฐานของอุปกรณ์ที่รองรับ 40 และ 100 Gigabit Ethernet คือ C Form Factor Pluggable (CFP) MSA ซึ่งถูกนำมาใช้สำหรับการเชื่อมต่อที่ระยะทางไกลเกินกว่า 100 เมตร ส่วน QSFP และ CXP Connector เป็นคอนเน็ตกเตอร์โมดูลที่รองรับระยะทางการเชื่อมต่อที่สั้นกว่า

 

• 40 GbE เป็นมาตรฐานอีเทอร์เน็ตที่พัฒนาขึ้นโดย IEEE 802.3ba Task Force รองรับการจัดส่งเฟรมอีเทอร์เน็ตที่ความเร็ว 40 Gigabits ต่อวินาที
• นอกจากนี้ยังได้กำหนดมาตรฐานระดับกายภาพสำหรับการสื่อสารผ่าน Backplane สายสัญญาณทองแดง สายไฟเบอร์ออปติกแบบ Multimode และ Single Mode
• พัฒนาอย่างเป็นทางการในเดือนกรกฎาคม 2008 และเป็นที่ยอมรับอย่างเป็นทางการในเดือนมิถุนายน 2010

 

          IEEE 802.3ba กำหนดมาตรฐานดังนี้

 

• 40 และ 100 Gbps
• อย่างน้อยระยะทาง 100 เมตรบน OM3 Multimode Fiber
• อย่างน้อยระยะทาง 150 เมตรบน OM4 Multimode Fiber
• อย่างน้อยระยะทาง 10 กิโลเมตรบน Single Mode Fiber
• อย่างน้อยระยะทาง 40 กิโลเมตรบน Single Mode Fiber (100G เท่านั้น)
• อย่างน้อยระยะทาง 7 เมตรบนสายทองแดง
• อย่างน้อยระยะทาง 2 กิโลเมตรบนสาย Single Mode Fiber (ใช้กับ 40G เท่านั้น)

 

          ใครบ้างที่ต้องใช้เทคโนโลยีนี้

  

• ดาต้าเซ็นเตอร์ในส่วนของ Backbone หรือ Core Link
• Virtualization ได้เปลี่ยนแปลงรูปแบบการไหลของข้อมูลในดาต้าเซ็นเตอร์
• ปกติการดึงข้อมูลจากภายนอกผ่านมายัง Core สู่ระดับ Aggregation เข้าสู่ระดับ Access ภายในดาต้าเซ็นเตอร์และเซิร์ฟเวอร์ตอบสนองกลับสู่ภายนอกจะสร้างความหนาแน่นของทราฟฟิกในระดับ Access จะเบาบาง แต่ไปหนาแน่นที่บริเวณ Core Layer
• จาก Global Cloud Index Report ของซิสโก้ระบุว่า 76% ของทราฟฟิกส่วนใหญ่อยู่ในดาต้าเซ็นเตอร์
• ทราฟฟิกที่เกิดขึ้นส่วนมากประกอบด้วยหลายฟังก์ชั่นกระจายไปตามเซิร์ฟเวอร์และระบบจัดเก็บข้อมูลส่วนใหญ่ในดาต้าเซ็นเตอร์ เช่น Application Storage และ Database
• สิ่งเหล่านี้จะสร้างทราฟฟิกเพื่อการแบ็กอัปและ Replication รวมทั้ง Read/Write Traffic ระหว่างดาต้าเซ็นเตอร์กับลูกค้าที่อยู่ทั้งภายในและภายนอก
• เทคโนโลยี อย่างเช่น VMware vMotion ได้ทำให้เกิด Virtual Machine ไปทั่วดาต้าเซ็นเตอร์ ส่วน Storage Virtualization ซึ่งประกอบด้วย Area ของอุปกรณ์ขนาดใหญ่ แต่มีทางเข้าออกข้อมูลหนึ่งเดียวนั้นก็ได้เพิ่มปริมาณการส่งถ่ายข้อมูลที่มีชิ้นส่วนขนาดใหญ่บนดาต้าเซ็นเตอร์ รวมทั้งการประมวลผลแบบขนานที่มีการกระจายข้อมูลเพื่อนำไปประมวลผลยังเซิร์ฟเวอร์ต่างๆ ล้วนแต่ต้องใช้แบนด์วิดธ์ค่อนข้างสูง

 

          อุปกรณ์ 40 GbE ในท้องตลาดปัจจุบัน

 

• ATTO 40 GbE NICs
• Mellanox Passive Copper Cable
• Edgecore Network 40 GbE Switches
• 40G QSFP+

 

          เปรียบเทียบมาตรฐาน 40 และ 100 Gbps

 

 

 

รูปที่ 28 ตารางแสดงความหลากหลายของ 40 GbE และ 100 GbE

 

 

 

รูปที่ 29 รายละเอียดของ 40 GbE กับ 100 GbE

 

          มาตรฐานนี้รองรับเฉพาะการทำงานแบบ Full Duplex เท่านั้น ส่วนคุณลักษณะทางไฟฟ้าอื่นๆ ได้กำหนดว่า

 

• ให้รักษารูปแบบและคุณลักษณะมาตรฐาน3/Ethernet Frame Format ซึ่งเป็นรูปแบบมาตรฐาน 802.3 MAC
• ให้รักษาขนาดของเฟรมขนาดเล็กสุดและขนาดใหญ่ที่สุดได้ ซึ่งเป็นมาตรฐานของ3
• ให้รองรับ Bit Error Rate Ratio ได้ดีกว่าหรือเทียบเท่ากับ BER 10−12 บนอินเตอร์เฟซ MAC/PLS
• รองรับการทำงานของ OTN (Optical Transport Network) ได้ดี
• รองรับ MAC ทำงานที่ความเร็วระดับ 40 และ 100 Gbit/s
• มี Physical Layer Specification (PHY) สำหรับการทำงานกับ Single Mode Fiber (SMF) รวมทั้งสายใยแก้วนำแสงที่ใช้แสงเลเซอร์เป็นแหล่งแสง อย่างเช่น แบบ Multimode เช่น OM3 และ OM4 รวมทั้งสายทองแดง ตลอดจน Backplane
• สามารถใช้สายทองแดงแบบ Shielded สำหรับ 40 และ 100 GbE สำหรับระยะทาง 7 เมตร ใช้สาย Twinax

 

          40G Standard (เพิ่มเติม)

  

• มาตรฐาน IEEE 802.3ba สำหรับ 40G Ethernet
• 40G Ethernet สามารถใช้ OM3 หรือ OM4 ต้องใช้ Parallel Optics - เรียกว่า 40GBASE-SR4
• 40G Ethernet เมื่อใช้กับ Single Mode จะใช้ Serial Transmission ที่ 4 ความยาวคลื่น - เรียกว่ามาตรฐาน 40GBASE-LR4

 

          มาตรฐาน 40GBASE-SR4 ทำงานบนสายสัญญาณ OM3

 

• ระยะทางไกลสุดสำหรับสาย OM3 คือ 100 เมตร
• ค่า Insertion Loss สูงสุดที่ยอมรับได้คือ9dB
• จำนวนของ Mated Connector Pair ที่ใช้ MTP ELITE (ค่า Loss ต่ำ) คือ 4 สำหรับระยะทาง 100 เมตร (2 Mated Pair สำหรับมาตรฐาน MTP)

 

          มาตรฐาน 40GBASE-SR4 ทำงานบนสายสัญญาณ OM4

 

• ค่าสูงสุดที่ยอมรับได้สำหรับการใช้สาย OM4 คือ 150 เมตร
• ค่าสูงสุดสำหรับ Insertion Loss ตลอดช่องสัญญาณคือ5 dB
• จำนวนสูงสุดของ Mated Connector ตลอดช่องสัญญาณเมื่อใช้ MTP ELITE (ค่า Loss ต่ำ) คือ 3 สำหรับความยาวสาย 150 เมตร
• มาตรฐาน 40/100 Gigabit Ethernet ถูกห้อมล้อมไปด้วยคุณลักษณะพิเศษการทำงานของอุปกรณ์เชิงกายภาพ (PHY)
• อุปกรณ์ระบบเครือข่ายอาจสนับสนุน PHY หลากชนิดก็เป็นได้ในรูปแบบโมดูลที่สามารถปลั๊กอินเข้าไปในระบบ
• โมดูลที่มีการทำงานเชิงแสงไม่ได้ถูกกำหนดให้มีมาตรฐานเป็นทางการ แต่ได้รับความเห็นชอบร่วมกันภายใต้ Multi Source Agreement (MSAs)

 

          มาตรฐานของ 40-100 GbE ทำงานภายใต้สายทองแดง

 

          จากรูปที่ 30 แสดงมาตรฐานของ 40-100 GbE ทำงานภายใต้สายทองแดง จะเห็นว่าภายใต้การทำงานของ 10 Gbps หรือ 10GBASE-CX4 มีเส้นทางสำหรับรับและส่งข้อมูลอย่างละ 4 ชุด เปรียบเสมือนถนน 4 เลน ทั้งหมดใช้สายทองแดง Twinax ระยะทางการเชื่อมต่อไม่เกิน 15 เมตร อัตราความเร็วอยู่ที่ 2 กิกะเฮิรตซ์ ขณะที่ 40BASE-CR4 มีช่องทางการสื่อสารไปกลับ รับและส่งข้อมูลขนาด 4 เลนเช่นกัน ทำงานที่ความเร็ว 6 กิกะเฮิรตซ์ แต่ระยะทางการเชื่อมต่อหดสั้นลงเหลือ 7 เมตร สำหรับการทำงานที่ความเร็ว 100 Gbps หรือ 100GBASE-CR10 นั้นมีช่องทางการเชื่อมต่อไปกลับสำหรับรับและส่งข้อมูลอย่างละ 10 ช่องทางหรือ 10 เลน ทำงานที่ความเร็ว 6 กิกะเฮิรตซ์เช่นกัน ส่วนระยะทางการเชื่อมต่ออยู่ที่ 7 เมตรโดยใช้สาย Twinax เช่นเดียวกัน จะเห็นว่า 100GBASE-CR10 มีช่องทาง 10 ช่อง โดยที่แต่ละช่องทางมีความเร็วขนาด 10 Gbps ไม่ว่าจะเป็นช่องทางรับหรือช่องทางส่ง

 

          รูปที่ 31 แสดงมาตรฐานของ 40-100 GbE ทำงานภายใต้สายใยแก้วนำแสงแบบ Multimode สิ่งที่เหมือนกันระหว่าง 10GBASE-SR คือสายใยแก้วนำแสงแบบ Multimode ที่มีความยาวคลื่น 850 นาโนเมตร แต่ความแตกต่างคือ 10GBASE-SR มีช่องทางสื่อสารทั้งไปและกลับอย่างละ 1 ช่องทาง โดยมีอัตราความเร็วอยู่ที่ 10 Gbps ขณะที่ 40GBASE-SR4 มีช่องทางการเชื่อมต่อทั้งไปและกลับอย่างละ 4 ช่องทาง แต่ละช่องทางมีอัตราความเร็วอยู่ที่ 10 Gbps เช่นกัน ส่วน 100GBASE-SR10 มีช่องทางการสื่อสารทั้งขาไปและกลับอย่างละ 10 เส้นทาง โดยที่แต่ละเส้นทางมีอัตราความเร็วในการทำงานอยู่ที่ 10 Gbps เช่นกัน

               

          รูปที่ 32 แสดงมาตรฐานการทำงานของ 40-100 GbE บนสายใยแก้วนำแสงแบบ Single Mode จากรูปจะเห็นว่า 10GBASE-LR มีสิ่งที่เหมือนกันกับ 40GBASE-LR และ 100GBASE-LR ตรงที่มีการใช้สายใยแก้วนำแสงแบบ Single Mode โดยมีความยาวคลื่นที่ใช้งานอยู่ที่ 1300 นาโนเมตร สำหรับ 10GBASE-LR มีช่องทางสื่อสารทั้งขาไปและขากลับอย่างละ 1 เส้นทาง โดยมีอัตราความเร็วที่ 10 Gbps ขณะที่ 40GBASE-LR มีช่องทางการสื่อสารเหมือนกันกับ 10GBASE-LR แต่ใช้เทคนิคของ WDM ที่สามารถ Multiplex 4 ช่องสัญญาณที่มีความเร็วขนาด 10 Gbps ได้ ทำให้ได้ความเร็วที่ 40 Gbps ส่วน 100GBASE-LR ใช้หลักการเดียวกันกับ 40 GBASE-LR คือมีช่องทางไปกลับอย่างละ 1 ช่องทางเหมือนกัน แต่ใช้เทคนิคของ WDM ที่สามารถทำ Multiplex ช่องสัญญาณได้ถึง 4 ช่องทาง โดยแต่ละช่องทางสามารถทำงานที่ความเร็ว 25 Gbp

 

ชนิดของพอร์ต 40G

 

          40GBASE-CR4

 

          40GBASE-CR4 หรือระบบ 40 Gbps ที่ใช้สายสัญญาณแบบทองแดง เป็นพอร์ตชนิดที่ใช้สาย Twinax ใช้ Physical Coding Sublayer หรือ PCS (เป็นโปรโตคอลเครือข่ายในระดับชั้นย่อยภายในมาตรฐาน Fast Ethernet Gigabit Ethernet และ 10 Gigabit Ethernet และอยู่ที่ส่วนบนของระดับชั้น Physical (PHY) ทำหน้าที่อินเตอร์เฟซระหว่าง Physical Medium Attachment (PMA) Sublayer และ Media Independent Interface (MII) หน้าที่หลักคือรับผิดชอบต่อการเข้ารหัสโดยแปลงข้อมูลข่าวสารไปเป็นสัญญาณทางไฟฟ้า รวมทั้งถอดรหัสสัญญาณ การจัดทำ Scrambling และ Descrambling และอื่นๆ) ซึ่งใช้วิธีการเข้ารหัสสัญญาณแบบ 64b/66b ซึ่งถูกนิยามโดย IEEE 802.3 Clause 82 และ PMD ของมันใน Clause 85 เป็นระบบที่ใช้เส้นทางการสื่อสารชนิด 4 เลนบนสายสัญญาณแบบ Twinaxial ที่รับส่งข้อมูลแบบอนุกรมด้วยอัตราความเร็วที่ 10.3125 Gbit/s ต่อ 1 เลน CR4 รวมเอา 2 Clauses เข้าด้วยกัน ประกอบด้วย CL73 สำหรับ Auto-negotiation และ CL72 สำหรับ Link Training

               

          CL73 จะช่วยให้มีการสื่อสารระหว่าง PHY ทั้งสอง ซึ่ง PHY ทั้งสองนี้ใช้ความเร็วและประเภทของสื่อที่เหมือนๆ กัน เมื่อ CL73 เสร็จการทำงาน CL72 จะเริ่มทำงานแทน โดย CL72 จะอนุญาตให้เครื่องส่งที่มีช่องทางสื่อสารขนาด 4 เลน สามารถปรับ Pre-emphasis (Sync) โดยขึ้นอยู่กับฟีดแบ็กจากคู่สื่อสาร

 

          40GBASE-KR4

 

          40GBASE-KR4 เป็นพอร์ตชนิดที่ใช้สำหรับ Backplane มาตรฐาน PCS ของมัน ใช้ 64b/66b ที่ถูกนิยามขึ้นโดย IEEE 802.3 Clause 82 และ PMD ใน Clause 84 มันใช้ Backplane ขนาด 4 เลนที่สามารถรับส่งข้อมูลแบบอนุกรมที่ความเร็ว 10.3125 Gbit/s ต่อ 1 เลน เช่นเดียวกับกรณีของ CR4 40GBASE-KR4 ที่รวมเอา 2 Clauses เข้าด้วยกัน ประกอบด้วย CL73 สำหรับ Auto-negotiation และ CL72 สำหรับ Link Training (รูปที่ 33)

               

          CL73 จะช่วยให้มีการสื่อสารระหว่าง PHY ทั้งสอง ซึ่ง PHY ทั้งสองนี้ใช้ความเร็วและประเภทของสื่อที่เหมือนๆ กัน เมื่อ CL73 เสร็จการทำงาน CL72 จะเริ่มทำงานแทน โดย CL72 จะอนุญาตให้เครื่องส่งที่มีช่องทางสื่อสารขนาด 4 เลน สามารถปรับ Pre-emphasis (Sync) โดยขึ้นอยู่กับฟีดแบ็กจากคู่สื่อสาร

 

 

รูปที่ 33 แสดง Backplane ของ 40GBASE

 

          40GBASE-SR4

 

          40GBASE-SR4 หรือ ("Short Range") เป็นพอร์ตชนิดใช้สำหรับสายใยแก้วนำแสงชนิด Multimode และใช้แหล่งแสงเป็นเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นขนาด 850 ไมครอน มี PCS ที่เข้ารหัสแบบ 64b/66b ที่นิยามขึ้นใน IEEE 802.3 Clause 82 และ PMD ใน Clause 86 เป็นระบบที่ใช้สายใยแก้วนำแสงชนิด Multimode ขนาด 4 เลนที่มีการรับส่งข้อมูลข่าวสารแบบอนุกรมด้วยความเร็วขนาด 10.3125 ต่อเลน ระยะทางการเชื่อมต่อสำหรับ 40GBASE-SR4 อยู่ที่ 100 เมตรบนสายใยแก้วนำแสงชนิด OM3 และ 150 เมตรสำหรับ OM4 อย่างไรก็ดีมีการพัฒนาให้สามารถเชื่อมต่อด้วยระยะทางที่ไกลมากขึ้น นั่นคือ 40GBASE-eSR4 ที่สามารถสื่อสารด้วยระยะทาง 300 เมตรด้วยสายใยแก้วนำแสงแบบ OM3 และ 400 เมตรด้วยสายใยแก้วนำแสงแบบ OM4

 

          40GBASE-LR4

 

          40GBASE-LR4 หรือ ("Long Range") เป็นพอร์ตชนิดใช้สำหรับสายใยแก้วนำแสงแบบ Single Mode ที่ใช้แหล่งแสงแบบเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นขนาด 1300  นาโนเมตร ใช้ PCS ที่เข้ารหัสสัญญาณแบบ 64b/66b นิยามขึ้นโดย IEEE 802.3 Clause 82 และ PMD ใน Clause 87 มีการใช้ 4 ความยาวคลื่นที่สามารถรับส่งข้อมูลแบบอนุกรมด้วยความเร็วขนาด 10.3125 Gbit/s ต่อ 1 ความยาวคลื่น

 

          40GBASE-ER4

 

          40GBASE-ER4 หรือ ("Extended Range") เป็นพอร์ตชนิดใช้สำหรับสายใยแก้วนำแสงแบบ Single Mode ถูกนิยามเป็นมาตรฐาน P802.3bm และใช้เลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นขนาด 1300 นาโนเมตร มี PCS ที่เข้ารหัสสัญญาณแบบ 64b/66b ซึ่งนิยามขึ้นใน IEEE 802.3 Clause 82 และ PMD ใน Clause 87 เป็นระบบที่ใช้ 4 ความยาวคลื่น แต่ละความยาวคลื่นสามารถรับส่งข้อมูลที่ความเร็ว 10.3125 Gbit/s ต่อ 1 ความยาวคลื่น

 

          40GBASE-FR

 

          40GBASE-FR เป็นพอร์ตชนิดใช้สำหรับสายใยแก้วนำแสงแบบ Single Mode มี PCS ที่เข้ารหัสสัญญาณแบบ 64b/66b ถูกนิยามใน IEEE 802.3 Clause 82 และ PMD ใน Clause 89 เป็นระบบที่ใช้ความยาวคลื่นขนาด 1550 นาโนเมตร สามารถเชื่อมต่อที่ระยะทาง 2 กิโลเมตร สามารถใช้ความยาวคลื่นขนาด 1310 และ 1550 ได้ ขีดความสามารถในการใช้ความยาวคลื่นแสงที่ 1310 นาโนเมตรทำให้มันสามารถเข้ากันได้กับการทำงานร่วมกันกับ Longer Reach 1310 nm PHY และการใช้ความยาวคลื่นขนาด 1550 จะทำให้สามารถเข้ากันและทำงานร่วมกันกับอุปกรณ์ทดสอบ รวมทั้งโครงสร้างพื้นฐานสำหรับทดสอบ

 

          40GBASE-T

 

          40GBASE-T เป็นพอร์ตชนิดใช้สำหรับ 4-Pair Balanced Twisted-Pair ชนิด CAT8 นิยามขึ้นโดยมาตรฐาน P802.3bq มาตรฐานนี้คาดว่าจะถูกประกาศในปี 2016

 

มาตรฐานคอนเน็กเตอร์ที่ใช้

 

          QSFP+

 

          QSFP+ เป็นคอนเน็กเตอร์ที่ถูกกำหนดให้นำมาใช้กับ 40GBASE-CR4/SR4 สามารถใช้สายทองแดงแบบ Copper Direct Attached Cable (DAC) หรือโมดูลเชิงแสงและเป็นมาตรฐาน 802.3

 

          MPO

 

          40GBASE-SR4 และ 100GBASE-SR10 PHYs ใช้คอนเน็กเตอร์ที่เรียกว่า Multiple Fiber Push-on/Pull-off (MPO) เป็นมาตรฐานของ 802.3 (รูปที่ 34)

 

 

รูปที่ 34 แสดงลักษณะของ MPO Connector

 

ตอนนี้เรากำลังเดินทางมาถึงจุดที่ต้องตัดสินใจแล้วว่าจะเดินทางไปทางไหน ทางสาย 25 Gigabit Ethernet หรือทางสาย 40 Gigabit/s Ethernet ทางของ 25 Gigabit/s Ethernet ดูเหมือนจะสว่างมากกว่า เนื่องจากการผลักดันของยักษ์ใหญ่อย่างกูเกิล ไมโครซอฟท์ และผู้ให้บริการคลาวด์รายใหญ่ต่างก็หวังจะได้เห็นการบริการและการเข้าถึงข้อมูลข่าวสารที่รวดเร็วมากยิ่งขึ้น ตลอดจนขีดความสามารถในการประหยัด พร้อมด้วยประสิทธิภาพที่เหนือกว่าเดิม