前言

最近几年，网际网路通讯协定（Internet Protocol；IP）流量带动了网际网路的迅速成长，同时也创造了对于频宽的强烈需求。虽然目前2.5G光学传输技术已被广泛应用于各种网路环境中，但为了满足使用者对于频宽的强烈需求，相关厂商仍不断致力于研发新一代的10G与40G系统。

然而，目前与未来的频宽需求让传输网路供应商面临许多挑战，他们必须同时提升现有网路基础建设的传输容量，并建置各种新的网路，以因应不断成长的需求，与提供低成本的资料传输解决方案，支援各种加值型服务，如各种优值服务所需要的动态频宽配置（dynamic bandwidth allocation）、保证服务可用度（guaranteed service availability）及服务品质（Quality of service； QoS）等。

市场现况

2.5G OC-48/STM-16资料传输速率于现有的都会网路中拥有最高的市场占有率，但也有不少电信业者开始小规模地建置10G OC-192/STM-64网路。随着市场逐渐迈向高传输速度，无论是10G或40G传输速率，元件与设备供应厂商都必须克服各种不同的挑战。

SO NET资料传输效率高

目前广泛建置于都会与长途网路的SONET/SDH，是2.5G领域中最普遍的网路传输介面，并以同步光纤网路（Synchronous Optical Network；SONET）与同步数位阶层（Synchronous Digital Hierarchy； SDH）标准为主，这两种技术有密切的关连，本文中所描述的SONET的技术亦能应用于SDH标准。

SONET最大的技术优势就是自动保护切换（Automatic Protection Switching；APS），能在侦测到问题后的50ms内提供内部错误回复机制（inherent failure restoration），这种保护与备援能力让SONET成为执行关键任务资料的最佳传输机制。

这项APS功能让SONET比Gigabit Ethernet或其它网路标准拥有更可靠的优势。目前市面上并没有任何一个乙太网路（Ethernet）传输方案的资料传输速率可以超越SONET 2.5G的优秀表现，所以网路服务供应商正面临到如何以最高的传输效率与最低的成本，于SONET介面标准上确实传输1 Gigabit Ethernet资料流量的严厉挑战。

虚拟串联标准提升效率

全新的虚拟串连（virtual concatenation）标准便能解决这方面的问题。透过SONET介面传输Gigabit Ethernet资料时，虚拟串连技术可提供高弹性、并确切有效地「适当配置」流量频宽，与支援动态频宽调节机制。支援虚拟串连技术的讯框器可对应2倍的Gigabit Ethernet通道，于SONET OC-48介面可额外支援三组10/100 Ethernet通道，比先前在SONET介面上使用Gigabit Ethernet的对应机制多出两倍的传输效率。

网路速度转变的技术挑战

10G技术提供了一项革命性的升级途径，可透过现有的2.5G SONET/SDH与1 Gigabit Ethernet升级至新一代技术环境。

大多数传输问题的发生频率与网路速度的平方成正比。因此，10G相关元件对于各种网路讯号问题的处理度，便必须比2.5G的元件高出16倍，故现在40G网路所需的抗衰减能力必须比10G网路更高出16倍，使得40G的元件造价极为昂贵。目前市面上已推出可实际运作于10G网路的元件与硬体，相较之下，其传输效能比仍属于「尖端科技」的40G网路方案更为可靠、价格更合理。

世代更替面临的成本挑战与障碍

虽然业界已发展出可从2.5G及更低传输速度到40G的光纤传输网路技术，但网路业者真正面临的问题却是成本。对业者来说，在目前的经济环境中，该如何从每一分投资中获取到最大的收益是重要的考虑因素。

举例来说，现有40G技术的建置成本比10G高出10倍，但仅能提供高四倍的传输频宽，故40G技术的相关成本必须降低至合理的水准，才能广泛应用于商业建置。

从现有基础获得最大利益与支援多重标准

基础建设是现今环境所面临的另一项挑战。目前SONET/SDH基础建设已被广泛建置在都会与长距离网路传输环境，未来的10G网路标准都必须透过这方面的基础建设，让网路服务供应商能保留现有投资的价值，故10G的技术标准与现存2.5G及更低速的传输网路基础建设之间，必须维持相容性。

都会区域网路（MAN）能支援多重标准与通讯协定，实际支援范围则视应用于何种网路而定。 (图一)中可看到SONET与10G Ethernet被应用于存取端，都会环形网路则采用SONET，长距核心网路则使用SONET与DWDM技术。业者亦可建置速度较低的SONET连结网路，但必须能与较高速的SONET网路搭起串连介面。高密度波长多工（Dense Wave Division Multiplexing；DWDM）在都会区网路中也是相当重要的传输技术，可将多组不同波长的光讯号在同一条光纤上传送，并以经济实惠的成本提供充裕的传输频宽。

《图一 都会局域网络多种标准应用图例》

许多10G标准都试图解决与现有标准及基础建设间相容性冲突的问题。如IEEE 802.3ae 10 Gigabit Ethernet规格，在传输距离与速度方面上，尚是一项发展中的Ethernet标准。未来10Gigabit Ethernet（10GE）规格中将加入一个WAN PHY的选项，并于10GE及SONET/SDH设备间，提供OC-192传输率的介面，不仅能充份发挥目前SONET基础建设的最大效益，并可保护现有投资的价值。

新世代元件能在单一元件中提供通用介面与处理逻辑，并支援上述标准，如新一代的10G讯框器（Framer）装置，可​​支援SONET上的Ethernet （WAN PHY）、原有的10G Ethernet（ LAN PHY）及SONET上的封包（Packet Over SONET；POS）等规格。 (图二)就是一个10G讯框器图示范例。

《图二 运用于10G SONET/SDH OC-192与10G Ethernet的讯框器范例》

2.5G到10G的挑战

网路处理的另一项挑战为使用者将对需要更高资料传输效率的精密服务需求度增高。在都会区域与核心网路的光纤传输速率迅速攀升的同时，资料流的复杂度亦持续增加。网路频宽已成为一种必备解决方案，但提供优质服务才是未来相关业者获利的主要来源。

而这些高复杂度的网路服务通常都需要可观的运算资源，因此这种趋势的演化对网路处理器将造成额外的负担。目前各个可编程网路处理器可在有限的服务下处理OC-48线路速度的资料流量，但由于使用者在设计方案中加入更多的功能，NPU将很快的便无法负荷如此高的流量。厂商虽可运用平行配置模式加入多组网路处理器来解决这个问题，但会随之增加成本及系统设计的复杂度。

资料分类的问题可透过专属的网路辅助处理器加以克服，并可分担因更高的资料传输速率与额外扩增服务所产生的处理量。从提供各种加值服务来说，根据各项预定规则将封包进行分类是一项相当严谨的挑战，如安全防护（Security）、服务品质（QoS）、负载平衡（load balancing）及流量计费（ traffic accounting）等。通常一个分类引擎可用来减低NPU对封包进行分类的工作负荷量。

分类引擎须运用网路搜寻引擎（NSE），亦称为三重内容定位记忆体（Ternary Content Addressable Memory）或TCAM，可协助设计人员克服转送标的搜寻（forwarding lookups）与其它复杂的分类决策等效率上的瓶颈。

高背板（backplane）频宽需求的挑战

背板应用系统大都采用像是PCI或VME之类的共用汇流排型拓扑技术，但在扩充性、频宽、可靠度及传输距离上都有先天上的限制。

目前序列收发器多使用于支援高速的通讯背板应用等，这些序列连线专门支援光纤传输，能在更长的传输距离下拥有更高时脉的传输速率（最高可达3.3GHz），并提供高频宽与弹性，可支援储存区域网路（SAN）、广域网路（WAN）、无线基础建设（WIN）与区域网路（LAN）等交换器。

序列通讯相当适合应用于系统内部（如机架）与系统之间（如机箱与机箱）的传输，并与外界进行通讯连结，支援如InfiniBand、Gigabit Ethernet及光纤网路等各种标准，于PHY与使用者端间的传输介面通常都建置于可编程逻辑元件中。

建置10G光纤背板的其中一项挑战就是收发器与光学元件的成本。透过平行光学（四组2.5G）技术，使用者能获得远高于单一10G光学元件的成本优势。

结论

想将网路环境由2.5G提升至10G网路传输标准仍须克服许多挑战，如新设备的成本、技术问题及该如何同时搭配现有的基础建设，继而保有现存的投资成本等。相关研发厂商正努力地一一克服这些挑战，相信在不久的将来，10G网路将如同目前都会区域网路所采用的2.5G网路与DWDM等，成为通讯基础建设的主要技术。 （作者任职于Cypress）