当今万兆以太网的技术发展和市场应用

恋々风

目前，尽管大家都认为带宽过剩，但企业和电信运营商网络必须继续发展，并继续提供高速服务。思科系统企业提供的万兆以太网（10GE）技术不但能够为园区网和城域网提供高带宽，还能提供相关的连接服务，以提高网络的可用性、安全性和可管理性。



万兆以太网（10GE）属于以太网家族，它使用IEEE 802.3以太网介质接入控制（MAC）协议、IEEE 802.3以太网帧格式和IEEE 802.3帧格式不需要修改以太网介质接入控制（MAC）协议或分组格式，所以能够支撑所有上层服务，包括在OSI七层模型的第2、3层或更高层次上运行的智能网络服务：高可用性、多协议标记交换（MPLS）、含IP语音（VoIP）在内的服务质量（QoS）、安全和策略实施、服务器负载均衡（SLB）和Web高速缓存。另外，万兆以太网（10GE）还将支撑所有标准的第2层功能：802.1p、802.1Q VLANS、EtherChannel和生成树。。与全双工快速以太网和千兆位以太网一样，万兆以太网（10GE）也采用全双工，因此没有固有的距离限制。由于万兆以太网（10GE）仍然是以太网，使用了相关的管理工具和体系结构，因而能缩短实施和推广的时间。



目前的万兆以太网（10GE）技术非常适合为企业和电信运营商网络建立交换机到交换机连接（园区网LAN），不久将支撑交换机与服务器之间的互连（数据中心DC）。Cisco 万兆以太网（10GE）解决方案能够通过使用现有光纤基础设施保护客户的投资，扩大网络的范围，并建立端到端以太网连接。由于万兆以太网（10GE）能够与10/100M或千兆位以太网无缝地集成在一起，因而符合当今网络使用的基本设计准则。





一、万兆以太网（10GE）具有许多优点
目前，几乎所有的网络流量都属于以太网和互联网协议（IP）流量，因此，建立速度更高的以太网将是扩展企业和电信运营商网络的最简单的方式。建立交换网的最基本的准则是，为了将多个低速网段集中在一起，总需要采用更快的技术。随着网络边缘100Mbit/s网段数量和密度的增加，1000BASE-X 和1000BASE-T 将成为从布线间到网络核心的上行链路。

简言之，对于企业应用，万兆以太网（10GE）不但能帮助网络管理员将其以太网从10Mbit/s、100Mbit/s或1000Mbit/s扩展到10,000Mbit/s，还能帮助他们在提高网络性能的同时充分利用以太网投资。对于电信运营商城域应用和广域应用，万兆以太网（10GE）将提供能够借助以太网工具可轻松管理/经济有效的高性能链路。部署万兆以太网（10GE）技术之后，企业和电信运营商都可以马上获得许多网络优势，包括更快、更方便地部署各种应用，例如城域网、无服务器大厦、数据中心远程映射和故障恢复等。利用万兆以太网（10GE）技术，一个网络可以同时传输视频、图像、3D模型、语音和多媒体信息。这些应用有利于实现商业和科学协作、远程诊断和远程学习。Curtin技术大学网络服务经理Andrew MacDonald说：“当大家开始使用思科的万兆以太网（10GE）技术时，大家发现，即使在部署IP视频等多媒体应用的时候，大家也可以经济、有效、快速地扩展现有的IP基础设施，提高网络的性能、安全性和灵活性。”



万兆以太网（10GE）提供的大量可扩展带宽不但支撑网络发展，还支撑高度可用的园区网和城域网。采用新技术后，电信运营商可以在运作点（PoP）之间部署高带宽连接，从而向客户提供更高的网络性能。



二、万兆位以太网技术概述
从经典的OSI层次模型上看，以太网属于第2层协议。与1000BASE－X和1000BASE-T等前面几代以太网类似，万兆以太网（10GE）仍然属于以太网。与10、100 和1000 Mbit/s以太网相同，万兆以太网（10GE）也使用 IEEE 802.3以太网MAC 协议和以太网帧。

虽然为千兆位以太网制定的IEEE 802.3 标准同时支撑全双工和半双工，但客户只选择了提供全双工操作的产品。因此，IEEE 802.3ae任务小组一致决定，万兆以太网（10GE）只提供全双工。由于万兆以太网（10GE）只提供全双工，因而原理上不会产生距离限制，限制链路距离的只有传输特性和物理介质。换言之，由于全双工链路中没有分组冲突，因此，链路距离是由光纤而非以太网冲突域的直径决定的。

以太网保留了异步链路协议，因此，数据位流的每个字符中都保留了定时或同步功能，使接收路由器、交换机或集线器有机会在字符开始处重新为数据定时或重新实现同步。反之，SONET网络中的每台设备则必须共享一个时钟，这样才能避免传输和接收之间的时间漂移。

为满足 LAN、MAN和WAN应用的要求，IEEE 802.3ae 标准的大部分章节都用于定义适当的PHY PMD（如图1所示）。以太网PHY位于OSI 模型的第1层，负责将介质与MAC（第2层）相连，并规定电子信号和光信号、链路状态、时钟规则、数据解码以及数据传输和接收所需要的电路。PHY中包含的几个子层可以实行这些功能，包括物理编码子层（PCS）以及为光纤介质设计的光发送接收器或依赖于物理介质（PMD）的子层。PCS由编码（例如8 bit/s/10bit/s）排序器或多工功能组成。

简言之，万兆以太网（10GE）定义了一种LAN PHY，借助简单的编码，它能够在裸光纤和裸波长上传输以太网包。借助最经济有效的解决方案，LAN PHY能够以10倍的带宽支撑现有的以太网应用。万兆以太网（10GE）还规定了用于连接数据设备的任选WAN PHY，例如交换机或路由器，以便通过SONET/SDH接入设备。利用这种方式，还可以建立可以通过SONET/SDH网络扩展的以太网链路。当然，无需SONET/SDH就可以建立光网。未来，LAN PHY将用在MAN和WAN的纯光交换环境中。


三、万兆位以太网和光纤基础设施问题

不同的光发送接收器或PMD适用于不同的介质和距离。PMD子层负责将变换电压的接收位流转换成光脉冲，以便通过光纤介质发送数据。IEEE802.3ae 万兆以太网（10GE）标准规定了四种光发送接收器：

·         1310 nm 串行 PMD，对单模光纤至少支撑10 km

·         1550 nm 串行 PMD ，对单模光纤至少支撑 40 km

·         850 nm串行PMD，对500 MHz*km 50/125 μm多模光纤至少支撑65m

·         1310 nm CWDM PMD，对已安装的160 MHz*km 62.5/125μm多模光纤（或者更好的光纤）至少支撑300 m

40 km PMD已得到了实践的验证，千兆位以太网已经成功地部署在城域网应用和专用长途应用中。借助现有的单模光纤，10GBASE-ER或 1550 nm 串行激光PMD 的距离可以超过 40 km 。利用这种10 千兆位以太网技术，电信运营商不但能够放弃SONET或ATM，用第3层和第4层交换机建立简单的以太网网络，还能够以极低的成本提供高速10/100/1000 Mbit/s服务。

10GBASE-LR或1310 nm 串行 PMD很可能被选中，作为交换机到交换机之间或大厦链路之间的PMD。

10GBASE-LX4 或1310 CWDM PMD基于波分多工，支撑已经安装的多波光纤骨干网，可以在通过300m范围内的62.5/125μm接收到四种光波长之后实行传输、多工和反多工操作。这种PMD支撑已铺设的62.5/125μm多模光纤，带宽为160/500 MHz*km，距离可达300m。这种光纤通常称为FDDI级光纤。如果使用单模光纤，这种PMD可以延长至10 km。

10 千兆位标准认识到，必须支撑低成本短距离光纤，这样才能利用最短距离为65m的50/125μm多模光纤链路满足数据中心和其它短距离应用的要求。10GBASE-SR 或850 nm 串行PMD就能够满足这种要求。如果想详细了解光发送接收器以及它支撑的介质和距离，请参见图2。

此外， IEEE 802.3ae任务小组已经选定了四种光发送接收器：用于单模光纤的1310 nm 串行光发送接收器、用于单模光纤的1550 nm 串行光发送接收器、用于50/125μm多模光纤的 850 nm 串行光发送接收器以及用于原有62.5/125或FDDI级多模光纤和单模光纤的1310 nm宽波分多工（WWDM）。802.3 以太网工作小组不但已经选定了这四种PMD，还规定了相应的距离指标。


四、对在新地点铺设光纤介质的建议
为支撑万兆以太网（10GE），最好的选择是部署单模光纤，例如 Corning SMF-28或Mohawk/CDT TruLiteTM ，或者其它类似产品。如果需要支撑原有 100BASE-FX 或1000BASE-SX端口，客户应该考虑使用包含尽可能多的单模光纤对的混合单模和多模产品。如果使用这种产品，网络管理员能够实现与100BASE-FX和1000BASE-SX（比1000BASE-LX端口便宜）端口的向下兼容性。传统的100BASE-FX使用发光二极管（LED），并将在单模光纤上运行。

如果想建立长于300m的骨干网，则只能选择单模光纤。

底线是将光纤作为在大厦网络内布线的前端。管理员和设计员应该部署包含尽可能多的单模光纤对的混合单模和多模产品，多模光纤用于支撑原有应用，单模光纤用于支撑未来的多兆位应用。在大厦外部以及300m以外的其它地方，只能选择单模光纤。



五、万兆以太网（10GE）能提高企业的竞争力


由于客户对万兆以太网（10GE）带宽的应用和需求只会不断升级，因此，万兆以太网（10GE）是目前吸引力较大的一种技术。但客户的网络是否能完全实现万兆以太网（10GE）的优点，将取决于网络解决方案的优劣。

借助这种万兆以太网（10GE）技术以及先进的软硬件平台，不需要牺牲任何智能网络服务，例如多协议标记交换（MPLS）、第3层交换、服务质量（QoS）、高速缓存、服务器负载均衡、安全性、基于策略的联网等，带宽就可以从每秒1Gbit/s升级到每秒10Gbit/s。这些服务可以通过以太网以线速提供，而且已经得到了LAN、MAN和WAN内所有物理基础设施的支撑。

先进的网络解决方案不但能帮助企业和电信运营商轻松地升级到万兆以太网（10GE），还能在未来保护客户的投资。