40/100GbEが抱えるテスト技術の課題：対応製品の登場で見えてきた（1/2 ページ）

実用化に向けて着々と標準化が進む40/100GbE。すでに多くのメーカーがこれらの規格に対応する製品を開発し、販売を開始している。そうした製品のテストには、10GbEに使われている技術を応用できるが、一部では新しい方法や装置が必要となる。本稿では、特にテストに関して、新たに要求されるであろう事柄についてまとめる。

[Martin Rowe，EDN]

テスト技術の早期確立が必須

　インターネットやデータセンターのユーザーは、音声やデータ、映像をより多く、より早く伝送するために、帯域幅の拡大を絶えず求めている。とどまることのないその要求により、今や10ギガビット/秒（Gbps）の伝送容量でも不足しつつある。2008年3月に開催された『OFC/NFOEC（Optical Fiber Communication Conference and Exposition/National Fiber Optic Engineers Conference）』の参加者らによると、データセンターやコアネットワークには、より高速なリンクが必要であるという^＊1）。その当時、IEEE P802.3baのイーサーネット作業部会は、40Gbpsおよび100Gbpsのイーサーネット（以下、40GbE、100GbE）のアーキテクチャを定義する規格を策定中であった^＊2）。

　一方、IEEE P802.3baの策定作業がまだ進行中であるのにもかかわらず、世界中の技術者らは、同規格に準拠する製品をすでに開発し始めている。そのため、こうした製品のテスト方法の早期確立が求められている。IEEE P802.3baに関するテストの大部分は、10ギガビットイーサーネットで確立された技術を用いて実施されるが、一部のテストには新しい装置と手法が必要となるからである。

アーキテクチャの概要

図1　40Gbps/100Gbpsの光ネットワークにおけるアーキテクチャの概念図　IEEEP802.3baのアーキテクチャでは、3つのサブレイヤーを光伝送用に定義している。この光伝送は、40Gbps向けに4本のデータレーンをサポートし（a）、100Gbps向けに4〜10本のデータレーンをサポートする（b）。

　米Force10 Networks社のシニアサイエンティストで、IEEE P802.3ba作業部会の会長を務めるJohn D'Ambrosia氏は、同規格の詳細部分を策定するチームを統括している。詳細はまだ確定していないが、IEEE P802.3ba作業部会は、全体的なアーキテクチャと、アーキテクチャのプロトコルサブレイヤー（副層）、サブレイヤーの機能の定義をすでに終えているという^＊3）。

　図1は、40Gbpsおよび100Gbpsの光ネットワークにおけるアーキテクチャを簡略化して表したものである。2つのアーキテクチャにわずかな違いはあるが、ICメーカーは1つの部品に両者を実装することができる。

図2　66ビットのブロックがレーンを移動する様子（提供：Ethernetアライアンス）　PCSでは、66ビットのブロックを、レーンマーカーを含む20レーンに配置する。

　光ネットワークについて、IEEE P802.3baは、PCS（Physical Coding Sublayer：物理符号化副層）、PMA（Physical Medium Attachment：物理媒体接続）サブレイヤー、PMD（Physical Medium Dependent：物理媒体依存）サブレイヤーを定義している。40/100Gbpsの伝送システムを実装する際には、10Gbpsの光ファイバの物理層（PHY）リンクを利用できる。将来的には、同じアーキテクチャで25Gbpsのレーンを4本用いた100Gbpsのリンクをサポートする予定だ。また、IEEE P802.3baは、銅線ケーブル接続用に別の2つのサブレイヤーも定義している。

　PCSは、集約された40Gbpsまたは100Gbpsのデータストリームに対して64b/66b符号化を施し、66ビットのデータブロックを生成する。そして、これらのブロックを、40Gbps伝送の場合は4本の、100Gbpsの場合は20本のレーン上に送信する。D'Ambrosia氏は、「レーンを20本にしたのは、20という数字が1、2、4、5、10で割り切れるからだ」と説明する。PCSは4レーンまたは10レーンに対応する予定だという。20本のPCSレーンのそれぞれには、レーンを識別して各ブロックのタイミング情報を提供するレーンマーカーが含まれている^＊4）。図2に、66ビットのブロックがPCSレーン内を移動する様子を示した。ブロックはストライピング処理によって分割され、ラウンドロビン方式で各PCSレーンに分配される。

表1　物理媒体に対する伝送距離　

　PMAサブレイヤーは、PCSレーンの本数と物理層が必要とするレーン数をマッチングさせる。40Gbpsの場合、同サブレイヤーは4本のレーンを使用する。一方、100Gbpsの場合には、20本のXLAUI（40Gbps Attachment Unit Interface）レーンを10本のXLAUIレーンに、または20本のCAUI（100Gbps Attachment Unit Interface）レーンを10本のCAUIレーンに変換する。PMDサブレイヤーは、物理媒体への最後のインターフェースとなる。表1に、各物理媒体とその伝送距離を示す。一般的に、40Gbpsはデータセンターで利用され、100Gbpsはコアネットワークで利用される。

　IEEE P802.3baのアーキテクチャは 柔軟性が高く、シングルモード光ファイバにWDM（Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重）を適用した、Long-ReachおよびExtended-Reachの光リンクをサポートする。WDMとは、波長の異なる複数の光信号を同時に利用することで、光ファイバ上の情報伝送量を増大させる方式である。Short-Reachのリンクでは、それぞれが異なるレーンを保有する複数の光ファイバを使用する。10Gbpsの信号を送受信するコンポーネントがすでに存在するため、40Gbps/100Gbpsの伝送システムの初期実装では、4本/10本の10Gbpsレーンを使用する。25Gbpsリンクを用いた4レーン実装（符号化により実速度は25.78125Gbpsになる）の登場にはまだしばらく時間がかかるが、通信事業者は、40km伝送向けとして、シングルモード光ファイバに4波長のWDMを使用する計画である^＊5）。

脚注

※1…Rowe, Martin, "OFC/NFOEC 2008: On to 100G," Test＆Measurement World, Feb 27, 2008

※2…Rowe, Martin, "100-Gbps Ethernet is coming," Test＆Measurement World, Dec 6, 2007, p.21

※3…D'Ambrosia, John, David Law, and Mark Nowell, "40 Gigabit Ethernet and 100 Gigabit Ethernet Technology Overview," Ethernet Alliance, 2008

※4…"Trends and Issues in Ultra-High-Speed Transmission Technologies," Anritsu, November 2008

※5…Suzuki, Toshihiro, "XLAUI/CAUI Jitter Tolerance Test Requirement Proposal," Comment 199 from the November 2008 Plenary Meeting, IEEE P802.3ba 40Gb/s and 100Gb/s Ethernet Task Force, November 11 to 13, 2008