TECHNOLOGY 24호

10 GbE and Its X Factors
플러거블 모듈로 '10기가이더넷' 재도약
가장 저렴한 솔루션으로 각광 … 애플리케이션 영역 지속 확장
10기가비트 이더넷(10GbE)은 우리에게 익숙한 용어다. 사람들은 10GbE을 그저 앞으로 데이터 센터에 도움이 될 어떤 기술 정도로만 생각한다. 이제 이 기술에 대해 좀 더 구체적으로 알아볼 필요가 있다.이 기사는 시스코 스위치 및 라우터에서 수많은 10GbE 플러거블 모듈(Pluggable Modules, PMD) 간의 차이점, 유사점과 애플리케이션을 이해하고, 10GbE 기술 및 복잡한 표준 포트 유형의 관계를 파악하는데 많은 도움이 될 것이다.

플로거블 옵티컬 네트워크를 세부적으로 나누기 전에, 먼저 10GbE 표준을 리뷰해보고 다양한 10GbE 표준 포트 종류에 적절한 애플리케이션을 간추려보자.

광통신망에 적용된 10GbE : 802.3ae
10GbE은 이더넷이긴 하지만 그 속도에서 차이가 난다. IEEE 802.3ae 10GbE 표준의 주요 목적은 스피드바를 10,000Gbps까지 높이는 것 외에도 이더넷 프레임 포맷을 보호하고, 802.3 표준의 최대/최소 프레임 크기를 보존하며, 양방향 통신용 기능을 지원하는 것이다 (이 때문에 CSMA/CE 프로토콜이 필요 없다). IEEE 802.3ae 표준은 10GbE 물리 계층을 정의하는데 초점을 맞추고 있다.

표준 수립의 결과로, 네 가지 새로운 옵티컬 인터페이스가 단일 모드와 멀티 모드 파이버의 다양한 거리상에서 작동되도록 정의되어 왔다. IEEE 전문어로 이 옵티컬 인터페이스들은 서브계층이나 PMD에 의존하는 물리 매체로 알려져 있다. 네 가지 PMD 외에도 표준은 두 가지 PHY (Physical Layer Specifications)를 사용해 WAN 애플리케이션뿐 아니라 LAN도 지원하고 있다. 일반적으로 PHY의 특성은 암호화 및 복호화 기능을 책임지는 PCS(Physical Coding Sublayer)로 정의된다. 보통 7가지 10GbE 포트 유형이 있다<그림 1>.

그림1. IEEE 802.3ae 표준은 7가지 다양한 10GbE 포트 유형들을 만들어내면서, LAN이나 WAN 애플리케이션용으로 네 가지 PMD와 세 가지 PCS 계층을 도입한다.

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IEEE 802.3ae PMD 서브계층
10GbE 표준으로 활성화된 PMD 서브계층은 다소 복잡해 보일 수 있다. 각 PMD가 다양한 파이버 미디어와 작동 거리를 지원할 때 서로 다른 기술을 적용하기 때문이다. PMD 서브계층을 정의할 때, IEEE는 가장 저렴한 옵티컬 기술을 특정 애플리케이션으로 제공하는 데 의의를 둔다.

싱글 모드 파이버 PMD
10G베이스 - L은 포트 거리를 10Km(6.2마일)까지 지원하는 1300nm 밴드에서 작동된다.
10G베이스 - E는 포트 거리를 40Km(24.8마일)까지 지원하는 1550nm의 밴드에서 작동된다.

멀티 모드 파이버 PMD
10G베이스 - S는 저렴한 850nm 레이저 기술을 사용하며, 레거시 멀티모드 파이버에서 2~82미터의 거리를 커버한다. (OM3 파이버로 알려진) 멀티모드 파이버에 가장 적합한 레이저로, 10G베이스-S는 300미터 이내의 거리에서 운영된다.

멀티 모드 & 싱글 모드 파이버 PMD
10G베이스 - LX4는 3.125Gbps 비율로 전송하는 레이저 4대와 WDM(Wavelength-division Multiplexing) 방식으로 배열된 4대의 수신기를 사용한다. 1300nm 지대에서 실행되는 이 PMD는 레거시 FDDI 급 멀티모드 파이버에서 300미터의 링크 길이를 지원하고, 싱글 모드 파이버에서 10Km 거리를 지원한다.

파이버 종류와 지원 거리에 대해 보다 상세하게 알고 싶다면, cisco.com/packet/173_5b1을 방문하기 바란다.

그림 2. 다양한 10GbE 포트 유형은 가장 저렴한 기술 솔루션을 전달하는 것을 목표로, 다양한 기업용 애플리케이션과 통신서비스 사업자 애플리케이션을 보여준다.

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IEEE 802.3ae PHY 제품군
두 가지 새로운 물리 계층인 LAN PHY와 WAN PHY 제품은 10GbE 표준 프레임워크에 속한다. PCS 서브계층 역시 10G베이스-X, 10G베이스-R, 10G베이스-W의 세 종류로 구성된다. 이 중 10G베이스-X와 10G베이스-R은 LAN PHY에 속하며, 10G베이스-W는 WAN PHY에 속한다.

LAN PHY와 WAN PHY는 프레이밍 종류와 인터페이스 속도에서 차이가 난다. 시리얼 LAN PHY(10G베이스-R)는 10.3125Gbps 데이터 비율의 이더넷 프레이밍을 사용한다(이 때 MAC은 10,000Gbps로 작동되며, 64B/66B 코딩 오버헤드를 추가하면 효율적인 라인 비율이 10,000 * 66/64 = 10,3125Gbps가 된다). 반면, WAN PHY는 64B/66B 암호화 페이로드를 9.953Gbps 데이터 비율용 STS-192c 프레임에 연결된 SONET으로 덮는다.

구리망에서 적용되는 10GbE : 802.3ak
2004년 10GbE 표준 포트 종류 제품이 하나 더 늘었다. 10G베이스-CX4가 출시된 것이다. IEEE 802.3ak 태스크 포스의 인증을 거친 10G베이스-CX4는 최초로 구리망 인터페이스를 기반으로 만들어진 기가비트이더넷이다. CX4는 파이버-옵티컬을 거칠 필요가 없는 애플리케이션에서 저렴한 10GbE 링크를 필요로 하는 시장의 요구가 반영된 것이다. 10G베이스-CX4는 15미터의 양축 구리망 네 쌍으로 실행되며, 인피니밴드 무역협회 측이 표준으로 지정한 IBX4 커넥터를 사용한다.

10G베이스-CX4가 구리망 10GbE의 유일한 표준으로 머물 날도 얼마 남지 않았다. 사실, IEEE 태스크 포스 802.3an은 10G베이스 T 표준 작업을 하고 있으며, Cat6 UTP 케이블링에서 55~100미터, Cat7과 '확장된 Cat6'이나 Cat6e 케이블링에서 100미터 거리를 지원할 것이다. 이 표준은 2006년 7월에 인증될 계획이다.

10G베이스-SR과 10G베이스-CX4는 대부분 데이터 센터나 서버 팜 애플리케이션에서 사용된다. 제한 거리 조건과 사용 가능한 전송 매체를 유연하게 선택함으로써, 인트라 랙/인터 랙 (intra-rack/inter-rack) 서버 투 스위치 및 스위치 투 스위치로 연결하는 게 이러한 기술에 이상적인 목표가 된다. CX4에는 IBX4 패치 케이블이 필요하며, 구조적인 케이블 패러다임을 지원하지 않는다는 사실을 명심해야 한다.

지원되는 파이버와 도달 범위로 볼 때, 10G베이스-LX4의 유연성은 엔터프라이즈 캠퍼스 네트워크에서 가장 적절한 기술이다. 데이터 센터에 가장 저렴한 비용은 아니라 해도, LX4는 풍부한 파이버 환경 뿐 아니라 멀티 모드에서도 사용될 수 있다. 이러한 이유에서 LX4는 기업 네트워크에서 가장 쓸모 있는 10GbE 기술로 간주돼 왔다.

10G베이스-LR과 10G베이스-ER과 함께 연장된 거리와 싱글 모드 파이버에서 사용되는 애플리케이션 영역인 캠퍼스 백본과 메트로 애플리케이션이 등장한다. 이 두 가지 포트 유형들은 통신서비스 사업자가 이더넷 서비스 애그리케이션, DSL 백홀(backhaul), 인터 POP 커넥티비티 등을 구축할 때 가장 적합하다.

통신서비스 사업자들은 장거리용 SONET/SDH 기반 옵티컬 전송 인프라를 가진 인터페이스가 필요할 때, 인터 POP 애플리케이션이나 인터오피스 애플리케이션용 WAN PHY를 고려한다. 국가 및 대륙을 연결해주는 WAN 애플리케이션용 OC-192 TDM 회로나 OC-192 람다(OC-192 lambda)를 통신사업자로부터 임대하려는 기업의 경우, 10G베이스-W가 유일한 옵션이다.

이제 시스코 10GbE 파이버 송수신기의 세 가지 종류를 알아보자. 지금까지 검토된 포트가 업무에 어떻게 구현되는지 알게 될 것이다.

그림 3. 핵심 폼 팩터인 Xenpak, X2, XFP 간의 주요 차이점은 크기와 지원되는 포트 유형 및 10G 프로토콜에 있다.

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시스코 10GbE 플러거블 인터페이스
현재 시스코 스위치와 라우터 상의 10GbE 포트들은 거의 옵티컬과 구리망 물리 인터페이스로 분리돼 판매된다. 이를 통해 엔드 유저는 서로 다른 핫 플러거블 송수신기를 선택해 애플리케이션 유형에 따라 10GbE 포트를 커스터마이즈할 수 있다.

시스코 10GbE 송수신기는 (멀티소스 협정이나 MSA로 알려진) 산업적으로 널리 퍼진 표준을 기본으로 한다. 시스코는 전기적이고 기계적인 특성의 10GbE 송수신기에서 다음과 같이 3가지 기능을 표준화했다.

Xenpak(www.xenpak.org)
X2(www.x2msa.org)
XFP(www.xfpmsa.org)

엔드 유저 관점에서 보면, Xenpak, X2, XFP 간의 차이는 기계적 특성에서 드러나는 한편, 10GbE 외에도 지원되는 포트 유형 및 10G 프로토콜의 범위에서도 발견된다(그림 3을 참조하기 바란다. 파이버 채널이 모든 X 모듈 상에서 지술적인 지원을 받을 수 있지만, 상업적으로는 아직 사용할 수 없다).

Xenpak은 세 가지 중 가장 큰 폼 팩터(form factor)다. 그러나 크기로 인해 다재다능한 장점도 나타난다. 보다 높은 온도 효율성뿐만 아니라, 옵티컬과 전기적 요소를 통합시키는 모듈 상에 공간이 많이 남기 때문에 전력 소비도 그만큼 줄어든다. 결과적으로, Xenpak은 80Km PMD뿐만 아니라 전력이 부족한 DWDM 인터페이스도 사용하며 가장 많은 포트 유형들을 지원하고 있다. 기술이 성숙하고 진화할수록, 지원되는 포트 유형 사이에 존재하는 격차는 점차 사라지게 될 것이다. Xenpak과 전기적으로 호환 가능한 X2는 보드 디자인과 구성 요소들을 Xenpak과 공유할 수 있다. 동시에 10GbE을 지원한다. 또 크기와 온도 제약이 있는 작은 스위치와 공유할 수도 있다.


알렉산드로 바비에리가 쓴 원고의 상세 전문을 보려면, cisco.com/packet/173_5b2를 클릭하라.
XFP는 X 폼 팩터 팩 중 크기가 가장 작다. 부분적으로는 호스트 라인 카드 상에서 비용이 많이 드는 전자 제품을 모듈에서 제거하기 때문이다. 흥미롭게도 디자인상에서는 XFP가 통신 프로토콜의 데이터 비율을 지원한다. 바로 이 점이 패킷 오버 SONET/SDH 혹은 RPR(Resilient Packet Ring) 인터페이스뿐만 아니라, 이더넷을 사용하는 라우팅 플랫폼용 폼 팩터의 장점이다.

10GbE 포트 유형을 능가하는 Xenpaks
시스코는 10GbE 제품에 비-IEEE Xenpak 포트 유형 두 가지인 (2004년 7월에 나온) DWDM과 (2005년 4/4분기에 출시될 예정인) ZR을 적용한다. DWDM은 PMD를 실행시켜 파이버의 단일 섬유로는 엄청나게 빠른 속도인 320Gbps로 32개의 서로 다른 채널들을 전송한다. 옵티컬 증폭기의 도움으로 DWDM 신호는 200Km까지 효력을 발휘할 수 있다. ZR은 최대 80Km를 커버하며, 이는 802.3ae 10G베이스-E 표준이 제시하는 기준의 두 배에 달하는 거리다.

그림 4. WDM 옵티컬망을 스위치나 라우터로 통합시키면 네트워크에서 트랜스폰더를 제거할 수 있다.


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DWDM Xenpak : 대역폭 무한대의 꿈

DWDM Xenpak을 통해 회사는 전용 트랜스폰더를 사용해 파장 변환 기능을 실행할 필요가 없어지기 때문에, 네트워크에 있는 전송 장비 양을 상당히 줄일 수 있다<그림 4>. 그러나 DWDM Xenpak에서 정말 특이한 것은 스위칭과 라우팅을 옵티컬 계층과 무리 없이 통합할 수 있다는 점이다. DWDM Xenpak으로 10GbE 라우터와 스위치는 동일한 플랫폼과 아키텍처 안에서, 레이어 1~3 이상의 OSI 성능을 결합시킨다.

이렇게 하면 DWDM Xenpak은 하이엔드 스위치와 라우터 상의 전송과 이더넷/IP 기능을 새롭게 통합시킬 수 있다.

차세대 트리플 플레이 네트워크를 만드는 통신서비스 사업자의 경우, 동일한 플랫폼 상에서 포워딩되는 DWDM 기능과 레이어 2~3을 통합시키면, 예산 지출 (전송할 필요가 없어지면서 옵티컬 네트워크에 드는 비용이 감소)과 운영 지출 부분 (트랜스폰더 관리 운영비용이 감소)에서 상당한 비용 절감 효과를 얻을 수 있다.

10GbE DWDM 기술로 인해 기업들은 운영하기 복잡하고, 비용도 많이 드는 전용 전송 장비를 둘 필요가 없어졌다. DWDM Xenpak은 전송 계층을 관리할 필요 없는 단순한 멀티플렉서 디바이스로 제한한다.

시스코는 10GbE 제품에서 10GbE 플로거블 폼 팩터 3가지(Xenpak, X2, XFP)를 모두 지원하며, IEEE 802.3 표준에 정의된 모든 포트 유형을 제공한다. 또 시스코는 표준을 넘어 가장 광범위한 기술을 제공하고, 고객을 위해 10GbE 애플리케이션 영역을 지속적으로 확장시켜나갈 계획이다.


ALESSANDRO BARBIERI,
알렉산드로 바비에리(ALESSANDRO BARBIERI)는 시스코 트랜시버 모듈 그룹의 제품 이사로, 시스코에서만 7년 넘게 다양한 엔지니어링과 마케팅 파트에서 근무했다. 그의 이메일 주소는 ababier@cisco.com이다.


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