Поколения Ethernet, скорости каналов и электрические интерфейсы

Каждая скорость Ethernet с 10G собрана из небольшого набора скоростей канала — 10G, 25G, 50G, 100G, а теперь и 200G на канал, — соединённых параллельно. Зная, из каких каналов сделана скорость, вы понимаете электрический интерфейс модуля, почему breakout работает или нет, почему 100G-модуль может быть и 4 × 25G, и 1 × 100G, и о чём хост и модуль должны договориться, прежде чем свет начнёт что-то значить.

Хроника проектов IEEE 802.3

Год	Дополнение	Скорости	Сигнал канала	Примечания
1998	802.3z	1000BASE-SX/LX/CX	1,25 ГБод 8B/10B	эра GBIC → SFP
1999	802.3ab	1000BASE-T	4 пары, PAM5	медь 1G
2002	802.3ae	10GBASE-SR/LR/ER/LX4	10,3125 ГБод 64B/66B	XENPAK/X2/XFP → SFP+
2006	802.3an / aq	10GBASE-T / LRM	—	медь 10G; MMF 220 м с EDC
2010	802.3ba	40GBASE-SR4/LR4/CR4, 100GBASE-SR10/LR4/ER4	4 × 10G / 10 × 10G / 4 × 25G	QSFP+, CFP
2014	802.3bj	100GBASE-CR4/KR4	4 × 25G NRZ	вводит RS-FEC (528,514)
2015	802.3bm	100GBASE-SR4, CAUI-4, 40GBASE-ER4	4 × 25G	QSFP28 становится возможным
2016	802.3by	25GBASE-SR/LR/CR	1 × 25G	SFP28; классы кабелей CA-25G-L/S/N
2017	802.3bs	200GBASE-FR4/LR4/DR4, 400GBASE-SR16/DR4/FR8/LR8	50G PAM4 (8 × 50G электрических)	RS-FEC (544,514) KP4
2018	802.3cd	50GBASE-SR/FR/LR/CR, 100GBASE-SR2/DR/CR2, 200GBASE-SR4/CR4	каналы 50G PAM4	SFP56, QSFP56
2019–21	802.3cn / cu	50/200/400G ER 40 км; 100GBASE-FR1/LR1, 400GBASE-FR4/LR4-6	оптические каналы 100G PAM4	принял 100G Lambda MSA
2022	802.3ck / db	100G/канал электрически (100GAUI-1, 400GAUI-4, 800GAUI-8); 100G/канал VCSEL (SR1, SR4, VR)	106,25 ГБод PAM4	QSFP112, OSFP 800G
2024	802.3df	800GBASE-DR8/SR8/VR8, -DR4 (200G/канал оптически)	8 × 100G электрических	800G в OSFP / QSFP-DD800
~2026	802.3dj	200G/канал электрически и оптически; 800GBASE-DR2, 1.6TBASE-DR8	212,5 ГБод PAM4	1.6T OSFP-XD, OSFP

Интерфейсные MSA (CWDM4, PSM4, ZR…) заполняли промежутки между ними: Отраслевые MSA по оптике.

Как скорости собираются из каналов

Скорость	Электрические каналы (хост ↔ модуль)	Оптические каналы (типично)	Модуль
10G	1 × 10G (XFI/SFI)	1 × 10G	SFP+
25G	1 × 25G (25GAUI)	1 × 25G	SFP28
40G	4 × 10G (XLAUI/XLPPI)	4 × 10G (SR4, LR4)	QSFP+
50G	1 × 50G PAM4 или 2 × 25G	1 × 50G PAM4	SFP56
100G	4 × 25G (CAUI-4)	4 × 25G (SR4, LR4, CWDM4, PSM4)	QSFP28
100G	2 × 50G (100GAUI-2) или 1 × 100G (100GAUI-1)	1 × 100G PAM4 (DR, FR1, LR1)	QSFP28/QSFP56/QSFP112, SFP112
200G	4 × 50G (200GAUI-4) или 8 × 25G	4 × 50G (FR4, SR4, DR4)	QSFP56
400G	8 × 50G (400GAUI-8) или 4 × 100G (400GAUI-4)	4 × 100G (DR4, FR4, LR4) или 8 × 50G (SR8, FR8)	QSFP-DD, OSFP
800G	8 × 100G (800GAUI-8)	8 × 100G (DR8, 2×FR4) или 4 × 200G (DR4)	OSFP, QSFP-DD800
1.6T	8 × 200G	8 × 200G (DR8)	OSFP-XD, OSFP

Когда число электрических и оптических каналов не совпадает, гирбокс в DSP модуля преобразует одно в другое — классика: 400GAUI-8 в DR4 (Модуляция и DSP). Когда совпадает (4 × 25G CAUI-4 в SR4), модуль — простой ретаймер или даже без ретайминга.

Имена электрических интерфейсов

Имя	Каналы × скорость	С чем используется
XAUI	4 × 3,125 ГБод (8B/10B)	XENPAK, X2, ранний 10G
XFI / SFI	1 × 10,3125 ГБод	XFP / SFP+
25GAUI	1 × 25,78 ГБод	SFP28
XLAUI / XLPPI	4 × 10,3125	QSFP+ (ретаймированный / параллельный физический интерфейс)
CAUI-10 / CAUI-4	10 × 10,3125 / 4 × 25,78	CFP / QSFP28, CFP4
50GAUI-2 / 50GAUI-1	2 × 25,78 / 1 × 26,5625 ГБод PAM4	SFP56
100GAUI-4 / -2 / -1	4 × 25,78 / 2 × 26,56 PAM4 / 1 × 53,125 PAM4	QSFP28 → QSFP112
200GAUI-8 / -4 / -2	8 × 25,78 / 4 × 26,56 PAM4 / 2 × 53,125 PAM4	QSFP56 → QSFP112
400GAUI-16 / -8 / -4	16 × 25,78 / 8 × 26,56 PAM4 / 4 × 53,125 PAM4	CFP8 → QSFP-DD/OSFP
800GAUI-8	8 × 53,125 ГБод PAM4	OSFP, QSFP-DD800

Цифры в ГБод включают накладные расходы FEC и 64B/66B: 25,78 ГБод несёт 25 Гбит/с полезной нагрузки, 53,125 ГБод PAM4 — 100 Гбит/с. Эти имена появляются в дескрипторах применений CMIS как половина «интерфейс хоста» (SFF-8024).

Что должно совпасть

Скорость и число каналов на электрической стороне — порт 4 × 25G не поведёт модуль 2 × 50G, даже если оба говорят «100G».
Модуляция — каналы NRZ и PAM4 — разные физические уровни.
FEC — RS(528) для каналов 25G NRZ, RS(544) для всех PAM4; обязателен или опционален по PMD (FEC и обучение линка).
Кодирование — 8B/10B (1G) против 64B/66B (10G+); двухскоростной модуль переключает и то и другое.
Оптический PMD на обоих концах — длина волны, волокно и дальность в Оптических интерфейсах и Справочнике PMD.

Модуль объявляет всё это в идентификации — номинальная скорость, кодирование, коды соответствия или применений, — а хост отказывает в комбинациях, которые не может повести (Скорость и режимы).

В CodingBox

Экран Check transceiver показывает номинальную скорость канала, кодирование и, для CMIS-модулей, ID интерфейсов хоста каждого применения, так что видно с первого взгляда, модуль это 4 × 25G или 2 × 50G, ещё до встречи с портом.

Форм-факторы 1.6T, несущие каналы 802.3dj: OSFP224 (8 × 200G) и OSFP-XD (16 × 100G).

Хостовые имена этих пучков каналов — CAUI-4, 400GAUI-8, 800GAUI-8 — с точками соответствия C2M, соответствием OIF CEI и преобразованием электрических каналов в оптические: XGMII, XAUI и семейство AUI.