前言

最近幾年，網際網路通訊協定（Internet Protocol；IP）流量帶動了網際網路的迅速成長，同時也創造了對於頻寬的強烈需求。雖然目前2.5G光學傳輸技術已被廣泛應用於各種網路環境中，但為了滿足使用者對於頻寬的強烈需求，相關廠商仍不斷致力於研發新一代的10G與40G系統。

然而，目前與未來的頻寬需求讓傳輸網路供應商面臨許多挑戰，他們必須同時提昇現有網路基礎建設的傳輸容量，並建置各種新的網路，以因應不斷成長的需求，與提供低成本的資料傳輸解決方案，支援各種加值型服務，如各種優值服務所需要的動態頻寬配置（dynamic bandwidth allocation）、保證服務可用度（guaranteed service availability）及服務品質（Quality of service；QoS）等。

市場現況

2.5G OC-48/STM-16資料傳輸速率於現有的都會網路中擁有最高的市場佔有率，但也有不少電信業者開始小規模地建置10G OC-192/STM-64網路。隨著市場逐漸邁向高傳輸速度，無論是10G或40G傳輸速率，元件與設備供應廠商都必須克服各種不同的挑戰。

SONET資料傳輸效率高

目前廣泛建置於都會與長途網路的SONET/SDH，是2.5G領域中最普遍的網路傳輸介面，並以同步光纖網路（Synchronous Optical Network；SONET）與同步數位階層（Synchronous Digital Hierarchy；SDH）標準為主，這兩種技術有密切的關連，本文中所描述的SONET的技術亦能應用於SDH標準。

SONET最大的技術優勢就是自動保護切換（Automatic Protection Switching；APS），能在偵測到問題後的50ms內提供內部錯誤回復機制（inherent failure restoration），這種保護與備援能力讓SONET成為執行關鍵任務資料的最佳傳輸機制。

這項APS功能讓SONET比Gigabit Ethernet或其它網路標準擁有更可靠的優勢。目前市面上並沒有任何一個乙太網路（Ethernet）傳輸方案的資料傳輸速率可以超越SONET 2.5G的優秀表現，所以網路服務供應商正面臨到如何以最高的傳輸效率與最低的成本，於SONET介面標準上確實傳輸1 Gigabit Ethernet資料流量的嚴厲挑戰。

虛擬串聯標準提升效率

全新的虛擬串連（virtual concatenation）標準便能解決這方面的問題。透過SONET介面傳輸Gigabit Ethernet資料時，虛擬串連技術可提供高彈性、並確切有效地「適當配置」流量頻寬，與支援動態頻寬調節機制。支援虛擬串連技術的訊框器可對應2倍的Gigabit Ethernet通道，於SONET OC-48介面可額外支援三組10/100 Ethernet通道，比先前在SONET介面上使用Gigabit Ethernet的對應機制多出兩倍的傳輸效率。

網路速度轉變的技術挑戰

10G技術提供了一項革命性的升級途徑，可透過現有的2.5G SONET/SDH與1 Gigabit Ethernet升級至新一代技術環境。

大多數傳輸問題的發生頻率與網路速度的平方成正比。因此，10G相關元件對於各種網路訊號問題的處理度，便必須比2.5G的元件高出16倍，故現在40G網路所需的抗衰減能力必須比10G網路更高出16倍，使得40G的元件造價極為昂貴。目前市面上已推出可實際運作於10G網路的元件與硬體，相較之下，其傳輸效能比仍屬於「尖端科技」的40G網路方案更為可靠、價格更合理。

世代更替面臨的成本挑戰與障礙

雖然業界已發展出可從2.5G及更低傳輸速度到40G的光纖傳輸網路技術，但網路業者真正面臨的問題卻是成本。對業者來說，在目前的經濟環境中，該如何從每一分投資中獲取到最大的收益是重要的考慮因素。

舉例來說，現有40G技術的建置成本比10G高出10倍，但僅能提供高四倍的傳輸頻寬，故40G技術的相關成本必須降低至合理的水準，才能廣泛應用於商業建置。

從現有基礎獲得最大利益與支援多重標準

基礎建設是現今環境所面臨的另一項挑戰。目前SONET/SDH基礎建設已被廣泛建置在都會與長距離網路傳輸環境，未來的10G網路標準都必須透過這方面的基礎建設，讓網路服務供應商能保留現有投資的價值，故10G的技術標準與現存2.5G及更低速的傳輸網路基礎建設之間，必須維持相容性。

都會區域網路（MAN）能支援多重標準與通訊協定，實際支援範圍則視應用於何種網路而定。(圖一)中可看到SONET與10G Ethernet被應用於存取端，都會環形網路則採用SONET，長距核心網路則使用SONET與DWDM技術。業者亦可建置速度較低的SONET連結網路，但必須能與較高速的SONET網路搭起串連介面。高密度波長多工（Dense Wave Division Multiplexing；DWDM）在都會區網路中也是相當重要的傳輸技術，可將多組不同波長的光訊號在同一條光纖上傳送，並以經濟實惠的成本提供充裕的傳輸頻寬。

《圖一　都會區域網路多種標準應用圖例》

許多10G標準都試圖解決與現有標準及基礎建設間相容性衝突的問題。如IEEE 802.3ae 10 Gigabit Ethernet規格，在傳輸距離與速度方面上，尚是一項發展中的Ethernet標準。未來10Gigabit Ethernet（10GE）規格中將加入一個WAN PHY的選項，並於10GE及SONET/SDH設備間，提供OC-192傳輸率的介面，不僅能充份發揮目前SONET基礎建設的最大效益，並可保護現有投資的價值。

新世代元件能在單一元件中提供通用介面與處理邏輯，並支援上述標準，如新一代的10G訊框器（Framer）裝置，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）等規格。(圖二)就是一個10G訊框器圖示範例。

《圖二　運用於10G SONET/SDH OC-192與10G Ethernet的訊框器範例》

2.5G到10G的挑戰

網路處理的另一項挑戰為使用者將對需要更高資料傳輸效率的精密服務需求度增高。在都會區域與核心網路的光纖傳輸速率迅速攀升的同時，資料流的複雜度亦持續增加。網路頻寬已成為一種必備解決方案，但提供優質服務才是未來相關業者獲利的主要來源。

而這些高複雜度的網路服務通常都需要可觀的運算資源，因此這種趨勢的演化對網路處理器將造成額外的負擔。目前各個可編程網路處理器可在有限的服務下處理OC-48線路速度的資料流量，但由於使用者在設計方案中加入更多的功能，NPU將很快的便無法負荷如此高的流量。廠商雖可運用平行配置模式加入多組網路處理器來解決這個問題，但會隨之增加成本及系統設計的複雜度。

資料分類的問題可透過專屬的網路輔助處理器加以克服，並可分擔因更高的資料傳輸速率與額外擴增服務所產生的處理量。從提供各種加值服務來說，根據各項預定規則將封包進行分類是一項相當嚴謹的挑戰，如安全防護（Security）、服務品質（QoS）、負載平衡（load balancing）及流量計費（traffic accounting）等。通常一個分類引擎可用來減低NPU對封包進行分類的工作負荷量。

分類引擎須運用網路搜尋引擎（NSE），亦稱為三重內容定位記憶體（Ternary Content Addressable Memory）或TCAM，可協助設計人員克服轉送標的搜尋（forwarding lookups）與其它複雜的分類決策等效率上的瓶頸。

高背板（backplane）頻寬需求的挑戰

背板應用系統大都採用像是PCI或VME之類的共用匯流排型拓撲技術，但在擴充性、頻寬、可靠度及傳輸距離上都有先天上的限制。

目前序列收發器多使用於支援高速的通訊背板應用等，這些序列連線專門支援光纖傳輸，能在更長的傳輸距離下擁有更高時脈的傳輸速率（最高可達3.3GHz），並提供高頻寬與彈性，可支援儲存區域網路（SAN）、廣域網路（WAN）、無線基礎建設（WIN）與區域網路（LAN）等交換器。

序列通訊相當適合應用於系統內部（如機架）與系統之間（如機箱與機箱）的傳輸，並與外界進行通訊連結，支援如InfiniBand、Gigabit Ethernet及光纖網路等各種標準，於PHY與使用者端間的傳輸介面通常都建置於可編程邏輯元件中。

建置10G光纖背板的其中一項挑戰就是收發器與光學元件的成本。透過平行光學（四組2.5G）技術，使用者能獲得遠高於單一10G光學元件的成本優勢。

結論

想將網路環境由2.5G提昇至10G網路傳輸標準仍須克服許多挑戰，如新設備的成本、技術問題及該如何同時搭配現有的基礎建設，繼而保有現存的投資成本等。相關研發廠商正努力地一一克服這些挑戰，相信在不久的將來，10G網路將如同目前都會區域網路所採用的2.5G網路與DWDM等，成為通訊基礎建設的主要技術。（作者任職於Cypress）