萬兆以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用

文｜魏大強 翟麗華

1 以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展

以太網(wǎng)（Ethernet）技術(shù)由施樂公司（Xerox）于1973年提出并實現(xiàn)，它采用“載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測CSMA/CD”的共享訪問方案，將多個工作站都連接在一條總線上，所有的工作站都不斷向總線發(fā)出監(jiān)聽信號。但在同一時刻，只能有一個工作站在總線上傳輸，其他工作站必須等待傳輸結(jié)束后，再開始自己的傳輸。由于以太網(wǎng)技術(shù)具有共享性、開放性，加上設(shè)計技術(shù)上的一些優(yōu)勢（如結(jié)構(gòu)簡單、算法簡潔、良好的兼容性和平滑升級）以及關(guān)鍵的傳輸速率的大幅提升，它不但在局域網(wǎng)領(lǐng)域站穩(wěn)了腳跟，而且在城域網(wǎng)甚至廣域網(wǎng)范圍內(nèi)都得到了進一步的應(yīng)用。

最早的以太網(wǎng)傳輸速率為10Mbps。采用CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方式的局域網(wǎng)技術(shù)。而在1979年7月至1982年間，當(dāng)時的DEC、Intel和Xerox三家公司共同制定了以太網(wǎng)技術(shù)規(guī)范DIX。在這個技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，形成了IEEE 802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，并在1989年正式成為一種以太網(wǎng)技術(shù)的國際標(biāo)準(zhǔn)。在20多年進程中，以太網(wǎng)技術(shù)經(jīng)歷了不斷發(fā)展，成為迄今最廣泛應(yīng)用的局域網(wǎng)技術(shù)。

千兆以太網(wǎng)技術(shù)作為一種高速以太網(wǎng)技術(shù)，給用戶帶來了提高核心網(wǎng)絡(luò)的有效解決方案。它繼承了傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)價格便宜的特點，采用與10M以太網(wǎng)相同的幀格式、幀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、全/半雙工工作方式、流控模式以及布線系統(tǒng)。由于這項技術(shù)可以不用改變傳統(tǒng)以太網(wǎng)的桌面應(yīng)用和操作系統(tǒng)，因此可與10M或100M的以太網(wǎng)很好地配合工作。在升級到千兆以太網(wǎng)時，不必改變網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序、網(wǎng)管部件和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，能夠最大程度地保護用戶投資。

再發(fā)展就進入到以太網(wǎng)的萬兆時代。萬兆以太網(wǎng)使用IEEE 802.3以太網(wǎng)介質(zhì)接入控制（MAC）協(xié)議、IEEE 802.3以太網(wǎng)幀格式和IEEE 802.3幀格式，不需要修改以太網(wǎng)介質(zhì)接入控制（MAC）協(xié)議或分組格式。所以，能夠支持所有網(wǎng)絡(luò)的上層服務(wù)，包括在OSI七層模型的第二/三層或更高層次上運行的智能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，具有高可用性、多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS）、含IP語音（VoIP）在內(nèi)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）、安全與策略實施、服務(wù)器負(fù)載均衡（SLB）和Web高速緩存等特點。

2 10GBase-T萬兆以太網(wǎng)技術(shù)

萬兆以太網(wǎng)技術(shù)（10GBase-T）始于2002年6月IEEE 802.3ae 10GE標(biāo)準(zhǔn)的正式發(fā)布。在物理層，IEEE 802.3ae大致分為兩種類型，一種為傳統(tǒng)以太網(wǎng)連接速率為10Gbps的“LANPHY”；另一種為連接SDH/SONET速率為9.58464Gbps的“WANPHY”；WANPHY與 SONETOC-192幀結(jié)構(gòu)的融合，可以與SONETOC-192電路和SONET/SDH設(shè)備一起運行，保護了傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施投資，使運營商能夠在不同地區(qū)中通過城域網(wǎng)提供端到端以太網(wǎng)。在傳輸介質(zhì)方面，IEEE 802.3ae可以支持9μm單模、50μm多模和62.5μm多模光纖。在數(shù)據(jù)鏈路層，IEEE 802.3ae繼承了IEEE 802.3以太網(wǎng)的幀格式及最大/最小幀長度，支持多層星型連接、點到點連接及拓?fù)浣M合，充分保證對已有應(yīng)用的兼容性，對上層應(yīng)用沒有影響，使得升級風(fēng)險降低。與全雙工快速以太網(wǎng)和千兆位以太網(wǎng)一樣，萬兆以太網(wǎng)也采用全雙工，因此沒有固有的距離限制。由于萬兆以太網(wǎng)仍然是以太網(wǎng)，使用了相關(guān)的管理工具和體系結(jié)構(gòu)，因而能縮短實施和推廣時間。

在 制 定IEEE 802.3ae后，IEEE著 手10GBase-T網(wǎng)絡(luò)在銅纜上傳輸標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定。2002年11月成立了兩個研究銅纜萬兆以太網(wǎng)的組織，一個組織研究在Cat.5e或Cat.6雙絞線上的10GBase-T；另一個組織研究用4對同軸電纜實現(xiàn)萬兆以太網(wǎng)的方法。西蒙公司于2003年1月率先在全球市場推出10Gip全系統(tǒng)10G布線解決方案。近期推出的MTPTM即插即用型光纖網(wǎng)絡(luò)布線解決方案，可保證對重要數(shù)據(jù)中心鏈路的支持。目前，西蒙是唯一擁有全套7類/F級連接器的公司。西蒙的TERATM系統(tǒng)是完全支持4連接情況下100m萬兆傳輸?shù)?類F級布線系統(tǒng)，也是世界上性能最好的支持多媒體應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化銅纜布線系統(tǒng)。

隨著10GBase-T標(biāo)準(zhǔn)的制定，萬兆以太網(wǎng)的光模塊技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展。萬兆以太網(wǎng)光模塊已有300針MSA模塊、XENPAK、XPAK、X2和XFP五 種。 其 中300針MSA模塊屬于第一代模塊，最初面向SDH網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計，尺寸大并且價格比較昂貴。Xenpak是面向萬兆以太網(wǎng)的第一代光模塊，相對300針MSA而言價格低且尺寸小，現(xiàn)在各個光模塊生產(chǎn)廠商正在積極進行小型化10G光模塊的研發(fā)。Xpak和X2是Xenpak模塊的直接改進版，體積縮小了40%，光接口、電接口都與原來保持一致。Finisar等公司正在研發(fā)的XFP相比以上各種MSA都不同。在電接口方面沒有采用標(biāo)準(zhǔn)的XAUI接口，而是采用了自行規(guī)定的XFI接口。XFP支持局域網(wǎng)PHY和廣域網(wǎng) PHY，具有可插拔、尺寸更加小巧、價格更有競爭力等特點。

3 10GBase-T技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

萬兆以太網(wǎng)技術(shù)突破了傳統(tǒng)以太網(wǎng)近距離傳輸?shù)南拗?。除了?yīng)用在局域網(wǎng)和園區(qū)網(wǎng)外，也能方便應(yīng)用在城域網(wǎng)甚至廣域網(wǎng)范圍內(nèi)，來構(gòu)建高性能的網(wǎng)絡(luò)核心。

（1）寬帶IP城域網(wǎng)

10GBase-T網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可提供高密度萬兆、千兆以太網(wǎng)接口，為服務(wù)提供商和企業(yè)用戶提供城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的連接。萬兆以太網(wǎng)在裸光纖上最遠(yuǎn)可以傳輸40km～80km，滿足城域范圍的要求。也可以連接DWDM和SDH/SONET設(shè)備實現(xiàn)廣域范圍的傳輸。

（2）醫(yī)療行業(yè)

醫(yī)療行業(yè)會采用10GBase-T技術(shù)，尤其是涉及到數(shù)字化放射治療計劃時，通過熔合的過程能將多張反映身體結(jié)構(gòu)和新陳代謝變化的圖像合在一起。利用這一技術(shù)，治療計劃制定者能利用這些圖像使放射束充分對準(zhǔn)腫瘤而對周圍組織的傷害最小。

（3）數(shù)據(jù)中心和Internet交換中心

隨著Internet應(yīng)用的普及，大量的數(shù)據(jù)訪問需要一個可升級、高性能的內(nèi)容服務(wù)匯聚網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)中心需要匯聚數(shù)百計的快速以太網(wǎng)和千兆以太網(wǎng)線路，在用戶端，服務(wù)器匯聚網(wǎng)絡(luò)要提供具有L2交換、L3路由的高密度10GE路由器和交換機。萬兆以太網(wǎng)設(shè)備可滿足匯聚網(wǎng)絡(luò)的需求，并為未來網(wǎng)絡(luò)升級預(yù)留空間。

4 10GBase-T銅纜布線

開發(fā)這項技術(shù)的主要驅(qū)動力是成本，現(xiàn)實應(yīng)用需要降低成本。10GBase-T技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的目的是用3倍的成本實現(xiàn)10倍的性能，衡量的標(biāo)準(zhǔn)是目前使用最先進的以太網(wǎng)技術(shù)（以千兆以太網(wǎng)技術(shù)來衡量，成本是其3倍，性能達到其10倍）。對于大范圍的實施萬兆以太網(wǎng)來說，利用光纖傳輸?shù)慕鉀Q方案已經(jīng)證明過于昂貴，因此銅纜的解決方案得以開發(fā)。

測試表明，10G以太網(wǎng)需要至少500MHz（起初是625MHz）的線性傳輸性能。大多數(shù)的增強5類電纜只有150MHz或250MHz，標(biāo)準(zhǔn)也只要求150MHz。6類雖沒有被強制其性能達到500MHz，但對于高帶寬傳輸是更好的介質(zhì)；許多制造商提供的電纜標(biāo)稱600MHz，正是預(yù)計到有應(yīng)用需要更高的性能。萬兆銅纜以太網(wǎng)10GBase-T標(biāo)準(zhǔn)工作組宣布的布線系統(tǒng)支持目標(biāo)包括：4連接器雙絞線銅纜系統(tǒng)信道；100m長度 F級（7類）布線信道；55m長度 E級（6類）布線信道；100m長度新型E級（6類）信道。

在過去的十年，對帶寬的需求呈指數(shù)級增長。以太網(wǎng)應(yīng)用從10Base-T、100Base-T、1000Base-T發(fā)展到現(xiàn)在的10GBase-T。眾所周知，芯片存儲和處理能力每18個月增加一倍。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和布線基礎(chǔ)設(shè)施必須和這種更新速度保持一致。出于上述原因及其他諸如不斷增加的基于IP應(yīng)用之類的因素，對10G布線系統(tǒng)提供的帶寬需求只是時間問題。布線系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中最難升級的一部分，其使用壽命至少10年，是有源網(wǎng)絡(luò)電子設(shè)備生命周期的兩倍。盡管布線系統(tǒng)只占整個網(wǎng)絡(luò)總投資的5%，但它卻是構(gòu)建整個網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。因此當(dāng)打算更新或升級網(wǎng)絡(luò)時，最好是投資高質(zhì)量、高性能的布線系統(tǒng)。

第四屆“西蒙杯”一等獎?wù)撐淖髌?/p>