万兆以太网：突破LAN的界限(1)

2019-11-05 01:42:59

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供稿：网友

　　久前，上海交通大学的两个主要校区间采用了万兆网络进行连接。虽然该校园网没有全面部署万兆以太网，但据了解，其局部工程的万兆应用在我国尚数首次。
　　
　　
　　上海交大的校园网隶属于国家“985工程”，
　　是数字化大学建设的示范项目，目的是建成国际上最先进的园区网。同时，上海交通大学校园网还是CERNET（中国教育科研网）的华东枢纽，CERNET承担了许多最先进的网络通信技术的试验项目，如ipv6网间互连试验。因此，上海交大要求基层网络要有较高的前瞻性和稳定性。
　　
　　
　　上海交大最初采用的是ATM网，后来又引进了IP网解决方案，根据“985工程”的要求，该网络要尽快升级为千兆、并最终全面过渡为万兆以太网。
　　
　　
　　根据上海交大初步的使用情况来看，该网络中所使用的极进网络的万兆以太网产品提供了丰富的网络功能，如基于策略的QoS、基于硬件的MPLS，和多播、组播功能，在整体校园网方案中发挥了十分重要的作用。
　　
　　
　　最近，各大国际、国内网络厂商也纷纷推出其万兆以太网产品。
　　
　　
　　1973年，施乐公司Palo Alto研究中心的研究人员Robert Mtetcalfe（后来创建了3Com公司）和David Boggs等人开发出了以太网技术，当时是为了实现该中心一个实验室内部的各台计算机的互联。
　　
　　
　　最初以太网的速率只有2.94Mbps。在经历了以太网、快速以太网、千兆以太网等阶段之后，如今的以太网已经发展到了10Gbps。
　　
　　
　　人们不仅在万兆以太网的技术和性能方面看到了其实质性的提高，也正因如此，以太网正在从局域网逐步延伸至城域网和广域网，在更广阔的范围内发挥其作用。
　　
　　
　　对此，我们应该密切关注万兆以太网的发展。本次报道对万兆以太网标准制定、技术的演进、应用前景进行了介绍，旨在帮助广大用户对其有较为全面的了解，以推动万兆技术的合理应用和以太网产业的良性发展。
　　
　　
　　万兆以太网：一“标”定方向
　　
　　
　　随着网络业务的不断增长，人们也在不断寻找高速、简化和低成本的网络解决方案，电信网络也正从针对语音业务的技术架构向面向大量数据传输的高速分组架构发展。对此，以太网技术将是具有明显优势的协议之一，以太网的发展也显得尤为重要。为了确保万兆以太网能够顺利地推广和商用，相应的标准必不可少。
　　
　　
　　1、IEEE牵头把关
　　
　　
　　1982年，IEEE把以太网技术标准定为802.3。随后，其技术类型经历了快速的发展变化，从粗缆的10Base5发展到细缆的10Base2，再到1Base5、双绞线10Base-T，又到快速以太网五类线传输的100Base-TX、三类线传输了100BaseT4和光纤传输的100BaseFX，随后又出现的千兆以太网接口，包括短波长光传输1000Base-SX、长波长光传输1000Base-LX以及五类线传输1000Base-T。今年6月，IEEE又正式通过了802.3ae：10Gbps以太网标准。
　　
　　
　　确定万兆以太网标准的目的是，将802.3协议扩展到10Gbps的工作速度，并扩展以太网的应用空间，使之能够包括WAN链接。这在显著增加带宽的同时与已安装的802.3接口基础、以前的研发投资和网络运作和治理原理保持了最大程度的兼容。
　　
　　
　　经过3年多的紧张工作，IEEE协会在今年6月12日，批准了10G以太网的正式标准——802.3ae，全称是“10G bit/s工作的媒体接入控制参数、物理层和治理参数”。在此标准的制定过程中，共产生了5个草案标准，而最后一次对标准做技术上的修改是在2001年5月。
　　
　　
　　IEEE 802.3ae工作组确立了万兆以太网标准必须满足的五个条件：
　　
　　
　　● 必须具备广阔的市场潜力，支持大量的应用，有多家厂商的支持，并且有多种类型的用户；
　　
　　
　　● 必须与其他现有的802.3协议标准以及开放式系统互联(OSI) 和简单网络治理协议（SNMP）治理规范相兼容；
　　
　　
　　● 必须与其他802.3标准有本质的区别，使之成为故障的“惟一”解决方案，而不是一个“可选”的解决方案；
　　
　　
　　● 必须在最终批准确定之前论证其在技术方面的可行性；
　　
　　
　　● 必须满足用户部署时的经济可行性，投资合理的成本（包括所有安装和治理费用）就能获得预期的性能提高。
　　
　　
　　2、功不可没的10GEA
　　
　　
　　在万兆以太网标准的制定过程中，不可忽视的是10GEA（万兆以太网联盟）。该联盟是由网络产业中的领导者3Com、Cisco、Extreme、Intel、Nortel、Sun和World Wide Packets等创立的。其使命是促进和加速网络市场中万兆以太网的引入; 此外，还支持IEEE 802.3ae工作组的活动，促进 802.3ae标准的发展，并推动万兆以太网产品之间的协同工作。事实证实，该联盟在推动基于标准的万兆以太网技术，并鼓励使用和实施万兆以太网作为一个连接多种计算、数据和通信设备的重要网络技术等方面，做出了很大贡献。目前，该联盟已有100多家企业参与，我国的中兴、华为等公司都是其成员。该联盟成员的主要职责包括：
　　
　　
　　● 支持IEEE 802.3工作组在万兆以太网标准方面的工作；
　　
　　
　　● 提供资源以促进技术规范方面的汇聚和一致性；
　　
　　
　　● 促进业界了解、接受和发展万兆以太网标准；
　　
　　
　　● 加速万兆以太网产品和服务的采用和使用；
　　
　　
　　● 提供资源以建立和论证多厂商协同工作的能力，并在一般意义上鼓励和促进协同工作和活动；
　　
　　
　　● 促进万兆以太网技术和产品的供给商和用户之间的交流。
　　
　　
　　3、新标准出台
　　
　　
　　新的万兆以太网协议与传统的以太网模式保持兼容。它仍使用与现有以太网同样的媒体访问控制协议(MAC)、同样的可变长帧格式和同样的最小和最大帧长度(64至1514字节分组)以及同样的帧格式。
　　
　　
　　然而，与此前的以太网标准不同的是，10G以太网标准只工作于光纤介质上，因此可将以太网技术的应用进一步扩展到MAN和WAN领域。此外，万兆以太网只工作在全双工模式，这意味着可以同时发送和接收信号。
　　
　　
　　在今年5月于美国拉斯维加斯举行的Networld+ Interop展会上，10GEA赞助并展示了一个200多公里长的实际的端到端万兆以太网络。这一网络成功地展示了来自13家主要企业的19种不同设备(包括器件、交换系统、光缆和测试设备)间的互操作性。这清楚地表明，万兆以太网现在已经可以应用于许多实际网络，增强了人们对这一技术的信心。
　　万兆以太网的三个差异
　　
　　
　　万兆以太网技术是一种“高速”以太网技术，它适用于新型的网络结构，能够实现全网技术统一。这种以太网采用IEEE 802.3以太网媒体访问控制（MAC）协议、帧格
　　式和帧长度。万兆以太网与快速以太网和千兆以太网一样，是全双工的，因此它本身没有距离限制。它的优点是减少网络的复杂性，兼容现有的局域网技术并将其扩展到广域网，同时有望降低系统费用，并提供更快、更新的数据业务。在某些网络公司的发展策略中，已经将万兆以太网技术作为了实现端到端光以太网的基础。
　　
　　
　　万兆以太网是在以太网技术的基础上发展起来的，不过工作速率大大提高，适用范围有了很大的变化，所以与原来的以太网技术相比有很大的差异，主要表现在：物理层实现方式、帧格式和MAC的工作速率及适配策略方面。
　　
　　
　　万兆以太网可继续在局域网中使用，也可用于广域网中，而这两者之间工作环境不同。不同的应用环境对于以太网各项指标的要求存在许多差异，针对这种情况，人们制定了两种不同的物理介质标准。这两种物理层的共同点是共用一个MAC层，仅支持全双工，省略了CSMA/CD策略，采用光纤作为物理介质。
　　
　　
　　10Gbps局域以太网物理层的特点是，支持802.3MAC全双工工作方式，答应以太网复用设备同时携带10路1G信号；帧格式与以太网的帧格式一致，工作速率为10Gbps。10Gbps局域网可用最小的代价升级现有的局域网，并与10/100/1000Mbps兼容，使局域网的网络范围最大达到40km。
　　
　　
　　10G广域网物理层的特点是采用OC-192c帧格式在线路上传输，传输速率为9.58464Gbps，所以10G广域以太网MAC层必须有速率匹配功能。当物理介质采用单模光纤时，传输距离可达300km；采用多模光纤时，可达40km。10Gbps广域网物理层还可选择多种编码方式。
　　
　　
　　在帧格式方面，由于万兆以太网实质是高速以太网，所以为了与以前的所有以太网兼容，必须采用以太网的帧格式承载业务，为了达到10Gbps的高速率，并实现与骨干网无缝连接，在线路上采用 OC-192c帧格式传输。这样就需要在物理子层实现从以太网帧到OC-192c帧的映射功能。同时，由于以太网在设计时是面向局域网的，网络治理较弱，传输距离短并且对物理线路没有任何保护措施，所以当以太网作为广域网进行长距离高速传输时，必然导致线路信号频率和相位较大的抖动。而以太网的传输是异步的，在宿端实现同步比较困难。因此，假如以太网帧在广域网中传输，需要对以太网帧格式进行修改。为此，对帧格式进行了修改，添加长度域和HEC域。
　　
　　
　　在局域网与广域网的速率适配方面，10G局域以太网和广域以太网物理层的速率不同，局域网的数据率为10Gbps，广域网的数据率为9.58464Gbps 。由于两种速率的物理层共用一个MAC层，而MAC层的工作速率为10Gbps，所以必须采取相应的调整策略，将10GMII接口的传输速率10Gbps降低，使之与物理层的传输速率9.58464Gbps相匹配，这是万兆以太网需要解决的问题。
　　变“尽力而为”为“端到端保证”
　　
　　
　　传统的万兆以太网是一种“尽力而为”的网络机

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