私の理解では、10Gb イーサネット カードは、たとえば光ファイバー ケーブルに毎秒 10Gb を送信できます。単純に考えれば、これをハードウェアで実現するには、ネットワーク カードを実行する 10GHz クロックが必要になります。
両方のエッジでクロックすることで周波数を半分にすることは可能ですが、5GHz はトランジスタがサポートするにはまだ非常に高い周波数です。100Gb イーサネットの場合、50GHz はまったく無理なようです。
たとえば、10Gb イーサネット カードを実行するクロックのクロック周波数はどれくらいですか? この周波数を「単純な」10GHz 周波数から下げるために使用されるトリックはありますか?
答え1
おっしゃる通り、そのくらい高い周波数は完全に管理不能です。周波数ごとに 1 ビットを送信すると、さまざまな種類の無線送信にも問題が発生します。そのため、1 ビット以上を送信できる変調技術があります。
用語について少し説明します。ボーは、ほとんどの人が電話モデムの時代の用語として覚えていると思いますが、通信媒体が動作するシンボル レートです。シンボルには複数のビットを含めることができるため、マルチビット シンボルを送信すると、低い周波数でより高いスループットが可能になります。
10MbE(10Base-T) は、非常に単純な逆マンチェスター符号化、10 Mbaud、および各方向の通信に単一の -2.5v/2.5v 差動ペアを使用しました。
100MbE(100Base-TX) は、各方向の通信に 4B/5B エンコーディング、125 Mbaud、および単一の -1.0/1.0v 差動ペアを使用します。したがって、各方向で 4/5b * 125 MHz = 100Mb となります。
1GbE(1000Base-T) は PAM-5 TCM を使用し、100MbE と同じ 125 Mbaud で、双方向の通信に 4 つの -1.0/1.0v 差動ペアをすべて使用します。PAM-5 コーディングでは 5 つの状態が許可されますが、トレリス変調では各端が常に 2 つに制限されるため、各シンボルで 2 ビットが送信されます。したがって、125M/s * 4 * 2b = 1Gbps となります。
補足: 1GbE は、初期接続をネゴシエートするために 1 組のみを使用します。ケーブルがこの組のみで動作している場合、接続しているように見える NIC が応答しなくなる可能性があります。また、ほぼすべての新しい NIC は 4 組のいずれかでネゴシエートできるため、自動 MDI/MDI-X が有効になります (ただし、これは仕様の要件ではありません)。1000Base-T には Cat5e ケーブルが必要です。1000Base-TX は NIC を簡素化しましたが、Cat6 ケーブルが必要でした。さまざまな理由から、普及しませんでした。
- 10GbE以前と同様に、PAM-16 DSQ128 コーディング、833 Mbaud、4 ペアを使用します。LDPC エラー訂正機能を備えた新しい PAM-16 DSQ-128 は非常に複雑なため、ここではその動作については説明しません。ただし、500 MHz (場合によってはそれ以下) の定格のケーブルでも、シンボルあたり 3 ビットの情報を効果的に送信できることは述べておきます。したがって、833.3 MHz * 4 * 3b = 10 Gbps となります。
補足: 10GbEでは100mの動作にはCat6aケーブル、55mの動作にはCat6ケーブルが必要で、5月Cat5eで動作とても短いケーブル。Cat6a 以外のケーブルは、100 メートルの標準長さから異なるため、推奨されません。また、古い NIC には 100 メートルの距離で 10GbE を送信するために必要なゲインがなく、より短いケーブルに制限されていました。第 1 世代の 10GbE NIC をお持ちの場合は、詳細については製造元にお問い合わせください。
- 25GbEそして40GbE802.3bq D3.3 (2016) というドラフト規格が提案されています。これは 6 年近く更新されていません。この規格では、4 ペア カテゴリ 8 ワイヤで最大 30 メートルまでの 25GBase-T および 40GBase-T の動作が可能になります。私はドラフトのコピーを持っていないので、詳細はわかりません。
補足: 40GBase-T の提案はこれまでに 2 つあります。1 つ目は 10Gbase-T と同じ技術を使用しますが、4 倍高速で、約 1600MHz の認定ケーブルが必要です。2 つ目は PAM-32 DSQ-512 を使用し、約 1200MHz のケーブルが必要です (複雑度が高いため、NIC は比較的高価になります)。どちらも、やや過小評価されたケーブルを使用できるように LDPC を使用する可能性があります。
- 100GbE現時点では銅規格の草案はありません。
コネクタ: 100GbE では C8P8 (口語では RJ-45) コネクタは使用されませんが、おそらく GG45 と呼ばれる、コネクタの 4 つの角に 4 対のコネクタがあるバリエーションが使用されます。また、10MbE-10GbE (RJ-45) と 40GbE-100GbE (GG45) の両方のピンを備えた中間コネクタ ARJ45-HD もあります。TERA は 1000 MHz 定格の競合コネクタですが、新しい標準になる可能性は低いようです。
ケーブル配線: Cat7 と Cat7a は、600 MHz と 1200 MHz の定格のケーブル配線規格です。これらは元々 CatF と CatFa と呼ばれていました。Cat8.1 と Cat8.2 は、1600 MHz と 2000 MHz の定格で提案されています。
100GBase-T規格が制定されるかどうかについては議論があるが、現在の技術では、Cat7a、Cat8.1、Cat8.2はそれぞれ10m、30m、50mの接続しか行えない。Cat7a以上のケーブルはCat6a以下のケーブルとはすでに大きく異なっており、個々のペアとケーブル全体の周囲にシールドが必要である。これらの接続が可能であることを示唆するテストは、商業的に実現可能な実装を示すものでもない。合理的な推測将来的には、より高度で高感度な回路が 100GbE を伝送できるようになる可能性があるが、これは単なる推測に過ぎない。
- 10GBase-R、40GBase-R、100GBase-R は、10、40、100GbE のファイバー仕様のファミリーであり、すべて標準化されています。これらはすべて、ショート (-SR、400m)、ロング (-LR、10km)、拡張 (-ER、40km)、独自 (-ZR、80km)、EPON/x (-PR/x、20km) の範囲で利用できます。これらはすべて、共通の 64b/66b エンコーディング、10.3125 GBaud を使用し、容量を増やすために単純に「レーン」を増やします (それぞれ 1、4、10)。レーンとは、同じファイバー ケーブル上の光の異なる波長のことです。200GBase の独自実装は、変調された DWDM 周波数と最大 2Mm の範囲で標準化に向けて取り組んでいます。