Реализация физического уровня в коммутаторах

Почти все наши коммутаторы заявлены как PHYless, это вызывает вопросы. Что это значит, в чем особенности, что надо учесть?

По витой паре доступна дальность до 100 метров, по оптике возможна передача от 300 метров с помощью 10GBASE-SR до 80 километров с помощью 10GBASE-ZR. Ситуация радикально меняется, когда совершается переход от внешних кабелей к печатным платам. Из-за огромной плотности сигнальных линий дальность, на которой сигнал сохраняет целостность, измеряется считанными дюймами.

Для связи с коммутационной матрицей (ASIC) порты SFP+ используют электрический интерфейс под названием SFI, а трансиверы оптимизируются для минимизации размера и энергопотребления, места для поддерживающего качество сигнала железа в них нет. Современные коммутационные ASIC (например Broadcom Trident+ и Intel Alta) способны принимать SFI сигналы напрямую с портов, коммутаторы с такой реализацией портов получили название PHYless. Однако, если длинна дорожек не позволяет доставить сигнал без искажений от порта к матрице, необходим дополнительный чип, называемый PHY или SERDES.



Чем он занят?


При значительной длинне дорожек происходит искажение сигнала, одной из важных функций чипа является компенсация этого явления, electronic dispersion compensation (EDC), необходимая для работы 10GBASE-LRM и 10GBASE-ER. Также выполняется ряд других задач:

1. Преобразование электрических интерфейсов (например SFI в XFI, или SFI в KR).
2. SERDES – преобразование Serial / Parallel (например одна линия SFI в четыре линии XAUI).
3. Восстановление целостности сигнала и re-timing.
4. Функции физического уровня, такие как непосредственное кодирование Physical Coding Sublayer (PCS).

Сводная таблица возможностей различных типов реализации физического уровня в коммутаторах:

	EDC PHY	Lite PHY	Retimer	PHYless
Clock Recovery (Retiming)	X	X	X
Equalizer	X	X	X
Singal conversion (ex. XLPPI/KR4<->XLAUI, XFI<->SFI)	X	X
Auto Gain Control (Regeneration for amplitude control)	X
Microcontroller and DSP integrated	X
EDC for LRM	X
Roundtrip Latency (40nm, CMOS from BRCM)	50~70ns	5ns	<5ns	0ns
Power Consumption (40nm, COMS from BRCM)	500~700mw/10G port	300mw/10GE port	<300mw/10GE port	0mw
Additional Features
IEEE 1588	X
Sync. Ethernet	X
MACSEC	X
FCoE	X
Применение	DSP based EDC PHY. Drive SFP+, QSFP+ Modules and Backplanes. Supports 10GBASE-LRM / MACsec / 1588 / FCoE	Drive SFP+, QSFP+ Modules and Backplanes	Simplex and Duplex Equalizers for Front/Backplane & Chip-2-Chip applications

На примере коммутатора с 48 портами 10G SFP+ и 4 портами 40G QSFP+ (Eos 400 и аналогичный с EDC PHY) можно вывести преимущества и недостатки:

Преимущества:

1. Снижение энергопотребления на 61Вт (240Вт->179Вт).
2. Снижение задержек на 50-70нс.
3. Увеличение MTBF и снижение MTTR.
4. Существенное снижение цены

Недостатки:

1. Не поддерживается SFP-10G-LRM(Long Reach Multi-mode).
2. Нельзя реализовать шлюз FCoE (но работать в FCoE сети может).

Если вам нет необходимости строить сеть с дистанциями между узлами свыше 10км, не нужен FCoE шлюз и точная синхронизация по сети, то PHYless вариант предпочтительней. Меньше стоит, меньше потребляет, надежность выше — что еще надо?

Подавляющее большинство задач подходят под эти рамки :)