万兆以太网

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什么是万兆以太网

  万兆以太网是指传输速度为10Gbit/s的以太网,其技术与千兆以太网类似,仍然保留了以太网帧结构。通过不同的编码方式或波分复用提供10Gbit/s传输速度。

  万兆以太网(10GE)属于以太网家族,它使用IEEE8023以太网介质接人控制(MAC)协议、IEEE8023以太网帧格式和IEEE8023帧格式不需要修改以太网介质接人控制(MAC)协议或分组格式,所以能够支持所有上层服务,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)还将支持所有标准的第2层功能802lp、8021QVLANS、EtherChannel和生成树。与全双工快速以太网和干兆位以太网一样,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。

万兆以太网的产生背景

  以太网主要在局域网中占绝对优势。但是在很长的一段时间中,人们普遍认为以太网不能用于城域网,特别是汇聚层以及骨干层。主要原因在于以太网用作城域网骨干带宽太低(10M以及100M快速以太网的时代),传输距离过短。当时认为最有前途的城域网技术是FDDI和DQDB。随后的几年里ATM技术成为热点,几乎所有人都认为ATM将成为统一局域网、城域网和广域网的唯一技术。但是由于种种原因,当前在国内上述三种技术中只有ATM技术成为城域网汇聚层和骨干层的备选方案

  目前最常见的以太网是10M以太网以及100M以太网(快速以太网)。100M快速以太网作为城域骨干网带宽显然不够。即使使用多个快速以太网链路绑定使用,对多媒体业务仍然是心有余而力不足。随着千兆以太网的标准化以及在生产实践中的广泛应用,以太网技术逐渐延伸到城域网的汇聚层。千兆以太网通常用作将小区用户汇聚到城域POP点,或者将汇聚层设备连接到骨干层。但是在当前10M以太网到用户的环境下,千兆以太网链路作为汇聚也是勉强,作为骨干则是力所不能及。虽然以太网多链路聚合技术已完成标准化且多厂商互通指日可待,可以将多个千兆链路捆绑使用。但是考虑光纤资源以及波长资源,链路捆绑一般只用在POP点内或者短距离应用环境。

  传输距离也曾经是以太网无法作为城域数据网骨干层汇聚层链路技术的一大障碍。无论是10M、100M还是千兆以太网,由于信噪比、碰撞检测、可用带宽等原因五类线传输距离都是100m。使用光纤传输时距离限制由以太网使用的主从同步机制所制约。802.3规定1000Base-SX接口使用纤芯62.5μm的多模光纤最长传输距离275m,使用纤芯50μm的多模光纤最长传输距离550m;1000Base-LX接口使用纤芯62.5μm的多模光纤最长传输距离550m,使用纤芯50μm的多模光纤最长传输距离550m,使用纤芯为10μm的单模光纤最长传输距离5000m。最长传输距离5km千兆以太网链路在城域范围内远远不够。虽然基于厂商的千兆接口实现已经能达到80km传输距离,而且一些厂商已完成互通测试,但是毕竟是非标准的实现,不能保证所有厂商该类接口的互联互通

  综上所述,以太网技术不适于用在城域网骨干/汇聚层的主要原因是带宽以及传输距离。随着万兆以太网技术的出现,上述两个问题基本已得到解决。

万兆以太网的技术特点[1]

  万兆以太网与千兆以太网技术相比,拥有绝对的优势特点。

  首先,万兆以太网技术是一种只采用全双工与光纤的技术,其物理层(PHY)和OSI模型的第一层(物理层)一致,它负责建立传输介质(光纤或铜线)和MAC层的连接,MAC层相当于OSI模型的第二层(数据链路层)。在网络的结构模型中,把PHY进一步划分为物理介质关联层(PMD)和物理代码子层(PCS)。光学转换器属于PMD层。PCS层由信息的编码方式(如64B/66B)、串行或多路复用等功能组成。

  其次,万兆以太网技术基本承袭了以太网、快速以太网及千兆以太网技术,保留了802.3以太网的帧格式。因此,在用户普及率、使用方便性、网络互操作性及简易性上皆占有极大的引进优势。在使用升级到万兆以太网解决方案时,用户不必担心现有的程序或服务会受到影响,升级的风险非常低。同时,在未来升级到40G甚至到100G时都将保持很明显的优势。

  第三,只使用全双工工作方式,彻底改变了传统以太网的半双工的广播工作方式。使用点对点链路,支持使用星型结构的局域网。

  第四,万兆以太网技术提供了更多的新功能,大大提升了QoS,具有相当的革命性。因此,能更好地满足网络安全、服务质量和链路保护等方面的需求。最后,随着网络应用的深入,WAN/MAN与LAN的融和已经成为趋势,各自的应用领域也将获得新的突破。万兆以太网技术让工业界找到了一条能够同时提高以太网的速度、可操作距离和连通性的途径,它的应用必将为三网发展与融和提供新的动力。

万兆以太网的应用前景[1]

  以万兆以太网技术突出的优点,它可以作为包含局域网、城域网和广域网(使用以太网作为端到端的第二层传输方法)的网络体系结构的基础。在局域网中,核心网络技术将提升到万兆以太网,在城域范围内工作的万兆以太网也将成为一种发展趋势。目前,万兆以太网技术在网络架构方面的应用体现出一些技术优势:远程和扩展远程光纤连接;为高速应用提供的最佳链路利用率为那些对延迟非常敏感的应用提供的低延时;支持现有的以太网功能,例如QoS、安全性、多播和链路集中等。万兆以太网技术由于是过去以太网技术的延伸,因此,在既有的网络市场上,尤其是对宽带需求较为迫切的市场上将会有较大的发展空间。

  1.在教育网中的应用

  随着高校多媒体网络教学、数字图书馆等应用的展开,高校校园网将成为万兆以太网应用的重要场合。利用万兆以太网技术构建校园网的骨干链路和各分校区与本部之间的连接,可实现端到端的以太网访问,进而提高传输效率,有效保证远程多媒体教学和数字图书馆等业务的开展。

  2.在数据中心或服务器群组网络中的应用

  目前的文件和数据服务器所需要的数据带宽是非常可观的,一个高性能的文件管理器可以管理多个千兆位以太网网卡,并且由于它采用了优化的系统软件和加速的网卡硬件,可以轻松地占用所有接El卡中的所有带宽。如此巨大的处理能力,无论是进行事务处理还是执行关键任务型应用,都将使任何高性能的网络容量使用到极限。只有在服务器群的分布层和核心层采用一种非常高速的技术,例如万兆以太网,才可能使其容量更加平稳地实现增长,满足高级应用对廉价原始带宽不断增长的需求。在愈来愈多的服务器改用千兆以太网作为上连技术后,数据中心或群组网络的骨干带宽需求相应增加,以千兆或千兆捆绑作为平台已不能满足用户需求,升级到万兆以太网在服务质量及成本上都将占有相对的优势。

  3.在城域网宽带汇聚层和骨干层的应用

  在宽带城域网的大量建设中,接人层会有愈来愈多的万兆或千兆以太网上连到城域网的汇聚层,而汇聚层也会有愈来愈多的千兆以太网上连到城域网的骨干层,这使得像万兆或万兆捆绑这样的宽带需求,在城域网中的汇聚层及骨干层有相当大的市场需求

  4.在存储网络中的应用

  在以太网技术作为存储网络平台时,时延与高带宽都是关键性的部件。因此,万兆位以太网可以用来架构一个以太网平台的存储网络,这是一个新兴的应用,它不仅可以满足存储设备的高速互连,也可实现存储设备的备份及灾难回复。从成本上考虑,万兆以太网在这个新兴的应用上能得到更好的发挥。

  另外,万兆以太网也可以使用在其他多媒体应用上,如在VOD视频点播等领域里寻找更多的应用空间。

参考文献

  1. 1.0 1.1 李振,李静.万兆以太网的技术特点及应用[J].电信交换.2009,1
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