4.千兆以太网应用

千兆以太网相比其他技术具有宽的带宽的优势，并且仍具有发展空间，有关标准组织正在制定10G以太网络的技术规范和标准。同时基于以太网帧层及IP层的优先级控制机制和协议标准以及各种QoS支持技术也逐渐成熟，为实施要求更佳服务质量的应用提供了基础。伴随光纤制造和传输技术的进步，千兆位以太网的传输距离可达百公里，这使得其逐渐成为构建城域网乃至广域网络的一种技术选择。

----主干采用千兆以太网的好处在于：千兆位以太网将提供10倍于快速以太网的性能并与现有的10/100以太网标准兼容。同时为10/100/1000Mbps开发的虚拟网标准802.1Q以及优先级标准802.1p都已推广，千兆网已成为构成网络主干的主流技术。

----1998年六月已制定完成的第一个千兆位以太网标准802.3以使用光纤线缆和短程铜线线缆的全双工链接为对象。针对半双工和远程铜线线缆的标准802.3ab于1999年内出台。

----千兆位以太网将提供完美无缺的迁移途径，充分保护在现有网络基础设施上的投资。千兆位以太网将保留802.3和以太网帧格式以及802.3受治理的对象规格，从而将使企业能够在升级至千兆性能的同时，保留现有的线缆、操作系统、协议、桌面应用程序和网络治理战略与工具。

----千兆位以太网相对于原有的快速以太网、FDDI、ATM等主干网解决方案，提供了另一条改善交换机与交换机之间骨干连接和交换机与服务器之间连接的可靠、经济的途径。网络设计人员将能够建立有效使用高速、任务要害的应用程序和文件备份的高速基础设施。网络治理人员将为用户提供对Internet、Intranet、城域网与广域网的更快速的访问。

千兆位产品提供商，具有完整的千兆以太网产品线，可契合用户需求提供完整的解决方案。从核心的网络主干交换机到边缘的客户机服务器千兆接入，有针对用户需求设计的高性能的产品。如下我们给出一些典型的大楼、园区乃至城域网络的解决方案。千兆以太网交换机的部署，是一个非常引人注目的技术。目前,许多厂商的交换机把第2层交换和第3层交换融于一体,不论交换还是路由,都能提供至少1000pps的转发速率,甚至有的产品还可达到2000pps。这些高性能的特点对于Intranet来讲已显得非常重要,因为传统的局域网流量80/20自然法则(即80%的流量在本地工作组网络内和20%的流量流向骨干网)已经过时。

千兆以太网高速的多层数据包转发能力是千兆以太网技术能提供最好的性能价格比的有力例证。不仅如此,千兆以太网技术对于降低网络的长期拥有成本也是大有裨益的。

5.千兆网交换机

从1996年底开始,有些公司陆续推出集成了第2层交换和第3层路由的交换机产品,这种技术称之为“多层交换(multilayerswitching)”。它为第2层交换技术增加了路由层服务,支持有选择的广播和组播抑制,支持VLAN及VLAN之间的数据包转发和防火墙功能,全面支持TCP/IP和IPX路由。

经过将近4年时间的发展,这些功能不断地得到了完善和加强,使得多层交换机比传统的路由器的性能价格比高出8至16倍。而新一代多层交换机以千兆以太交换技术为核心,可以提供更加吸引人的性能价格比,是部门级网络和数据中心网络中替代传统路由器的最理想的可以提供多层交换的交换机。同时,其直接传输距离目前已达到130公里,完全可以实现以千兆以太网为骨干的大的企业局域网,骨干传输速率为2Gbps(全双工模式)。

值得一提的是,我国已有厂商(如深圳丰网)在消化吸收国外的先进技术后,现已推出同类产品,其网管特性、安全访问控制等更适合于中国市场。同时,其完善的售后服务和低廉的价格也足以使国内用户心动。相信由于有了国内厂商的参与竞争,多层千兆以太网交换机的价格居高不下的状况会很快改变,也必将进一步推动多层千兆以太网交换机的广泛使用。

推动技术发展的主要因素推动高速多层交换技术发展的最大因素是采用廉价的10/100M自适应网卡的Internet和Intranet的大量部署。目前的网络已经离传统的c/s计算模式的层次结构越来越远,传统的c/s模式的80/20流量法则已成为过去。在网络设计方面,传统的路由器加Hub或第2层交换机的网络部署模式也将变成历史。

另外,Intranet支持更加复杂的和对带宽敏感的各种多媒体数据流,如数据、文件、图片、动画、声音和视频等。一个Intranet最终用户对带宽的要求至少要比非Intranet用户多50%～100%。同时,宽带接入已成为发展趋势。

目前,国内10/100M快速以太网卡的价格已低至100元左右,所以,为最终用户提供100M的连接成本已经到了用户可以承受的水平。仅从价格角度来看,用快速以太网接入已是一个"何时"的问题,而不是"是否"的问题。

另一个值得注重的问题是,为用户提供快速以太网连接可以提供更多的带宽余量来处理突发的交通量,这点是10BASE-T技术无法比拟的。突发流量是IP网络应用的特点之一。廉价和高带宽使得快速以太网不论在用户端还是服务器端都得以广泛的应用。

为了在无阻塞和处理突发交通流量的能力之间取得平衡,新一代交换机平台必须提供高于用户请求连接的8～16倍速率的主干连接,而以千兆以太网为主干正好满足了用户端的快速以太网连接的服务请求。这对于充分处理突发流量非常重要。

同时,在校园网或城域网中,不管跨越几个网络层,对于随机的Intranet交通量都要求提供端到端的持续不变的高性能。为了实现这一点,在一台交换机中同时具备高性能的第2层和第3层转发能力是唯一的解决方案。

无阻塞能力和有选择的转发功能是用户的主要需求。而各种非常有效的网管工具使得网络治理员能够有效且高效地把业务策略注入转发引擎中,其性能可以通过网管软件实时监测。这将从根本上有助于用户根据公司的短期和长期业务发展需要确定和交付所需的网络服务。新一代千兆以太网交换机支持这些特点和服务,同时也支持通用的路由协议,如IP/RIP或IP/OSPF等。这也大大降低了网络设备的复杂性。

6.千兆以太网与铜缆布线系统

千兆位以太网,包括1000BASE-SX(短波长激光器)和1000BASE-LX(长波长激光器)标准将提供一系列光纤的布线方式,由此使网络治理者更加重视他们的光纤基础设施。千兆位以太网是第一个千兆位应用,它被基于结构化布线系统的网络所采用。由于带宽的需求继续在布线系统期望的使用期内,超过千兆位的应用也将出现。从10Mbps或100Mbps以太网向千兆以太网的迁移经常被视为一次需要从铜线电缆向光缆的费用昂贵的升级。实际上情况并不一定如此,目前在企业中铜缆主要是支持快速以太网,同时这些现有的5类电缆也可以为千兆以太网提供可靠的支持。

IEEE1000Base-T规范支持将5类或增强5类电缆用于成功的千兆位传输。在现有线缆上实现从100Mbps到千兆位的跳跃是通过几种信令的变化完成的,这些信令进一步利用了已经安装在多数企业网络中的电缆。

5类电缆一般为非屏蔽双绞线,它包含四对双绞线。快速以太网(100Base-T)和10Base-T只使用这些双绞线中的两对双绞线,留下了两对双绞线未使用。千兆以太网(1000Base-T)则使用所有这四对双绞线。

与全双工快速以太网相似,1000Base-T发送和接收信号同时进行。不同之处是1000Base-T使用四对发送/接收双绞线,每对双绞线以250Mbps的速率运行。

在某些方面,5类电缆上运行千兆以太网比10/100Mbps以太网布线更轻易。1000Base-T规范具有包括自动交叉电缆连接在内的链路自动协商的特性。自动协商成功地实现了1000Base-T网卡、集线器、交换机或其他一些在端口初始化后可以以半双工运行的设备之间的电缆连接。

假如错误地连接到100Mbps端口的话,许多1000Base-T接口中内置的智能性还能够协商正确的速度。千兆位端口将以最高的共同速度运行,从而防止对两方设备接口中的任何一个接口造成损坏。在服务器上以及网络中相关设备上使用1000Base-T网卡使用户可以在提供有效的高速连接的同时,继续使用5类电缆基础设施。

当以前从10Mbps向100Mbps迁移时,尽管意味着向更高质量的电缆的升级,但仍看起来像个奇迹。而今天从100Mbps向千兆数据传输速率迁移更是非同平常,同时传送和接收、改进了的数据编码方式以及非凡的过滤技术使得这种迁移成为可能。更令人感到惊异的是今天将传输速度提高十倍利用现有电缆技术得以实现的这一事实。增强型5类电缆和仍未确定的6类电缆保证了千兆信号质量的进一步改善。

基于计算机技术历史提出的下一个问题是:我们可以期望在5类(或更高)电缆上实现2Gbps或者甚至10Gbps以太网吗?工程技术人员愿意面对这样的挑战,但是在使用非屏蔽双绞线电缆的情况下,答案是:这可能行不通。即使在5类电缆速度超过千兆以太网的情况下,部署这类技术的费用可能超过使用更合适的光纤接口解决方案的费用。

向10千兆位以太网的迁移出于多种理由将需要光纤。首先,光技术已经得到证实可以超越10Gbps。第二,密集波分复用光纤中的光技术的进步使数据速率的大幅提高超越目前使用中的速度成为可能。第三,今天光部件的价格具有了与铜缆的竞争力。第四,长距离传输对于运行在1Gbps上的光纤和铜线都是个问题,1000Base-T规范只支持100米的距离。现在正在制定10Gbps标准的IEEE委员会预期多模光纤上的10Gbps通信距离仅限制在85米。最终的结果是什么呢?随着网络带宽不断增长,向光缆的迁移是不可避免的。但是,在今后几年中,将现有5类电缆用于千兆以太网将成为满足许多企业计算需要的可行的替代办法。目前线缆的类别大致可归纳为以下几类：

CAT1:传统电话线。适于模拟语音和数据。

CAT2:最初为IBM3类。适于4Mbps令牌网局域网和T1,较少使用。

CAT3:为10Mbps以太网设计,广泛用于数字PBX系统,但由于Cat5出现而趋于衰退。

CAT4:为10Mbps以太网和10Mbps令牌网设计,较少使用。

CAT5:为100Mbps以太网和155MbpsATM设计。这是目前大多数企业安装的首选线缆。

CAT6:用于1000Mbps以太网。

CAT7:屏蔽双绞线标准,提供比6类更高的带宽,预计将主要应用于欧洲市场。

网络布线从5类、超5类到6类甚至7类的转换,布线业内有很多猜测。在未来的几年中,网络布线将进一步实现从5类到超5类及超5类到6类的转换。这一过程的第一阶段是超5类取代5类,已在进行中,到2001年上半年,一旦6类标准正式出台,6类就以更快速度取代上一代产品。

7.千兆以太网与光缆布线系统

比起50微米光纤,62.5微米光纤已得到世界标准和用户的青睐,并在世界市场上取得了优势。这一优势取决于坚实的技术原因,此种光纤最适合于间距2公里范围之内的数据通信,它与低成本LED发射器相匹配。62.5微米光纤通过从LED光源上聚集更多的光,并降低折射引起的光能损耗,因此取得了更长的链接。但是,LED已经不能满足更高的数据传输速率的要求,并且低成本的CD激光器和VCSEL(垂直孔表面发射激光器)的数据传输率高于622Mbps。这些低成本激光器将用于千兆位以太网和应用于更高的数据传输率。

由于这些新的激光源产生的光能很好地与62.5微米和50微米光纤相匹配,所以光纤的模带宽现在成为了确定可传输最大距离的决定因素。62.5和50微米光纤的主模带宽标准在千兆位以太网标准草案中得到确认,鉴于千兆位以太网的标准,50微米光纤的支持者认为,在较高带宽和较长距离条件下,比起62.5微米光纤,50微米光纤是一个更好的长期解决办法。所以用户对他们现有的光纤安装以及再安装光纤主干的潜在需要感到担心,但是,这种观点势必导致只重视千兆位以太网的发展,而忽略了这样一个事实,即结构化布线既要保证向下的兼容性,又要考虑到未来十几到二十几年应用系统发展的需要。

布线安装应在可能的地方答应发展1000BASE-SX,因为它比1000BASE-LX便宜得多。但是必须密切重视现有的应用以及未来数据传输率的提高。下列情况必须予以考虑；

①假如大楼内或校园主干网距离小于220米,160MHz/km的62.5微米光纤,可支持1000BASE-SX。

②增强的200MHz/km的62.5微米光纤对千兆位以太网的支持至少达到275米。关于中心光纤结构的TIA技术通告(TSB-72)和目前向ISO11801提议的中心光纤布线等级规定了300米的距离,一份关于美国公司的布线调查提出,92%的建筑物范围内的主干网距离小于550米。假如已经完成布线,而且布线距离超过62.5微米光纤支持的1000BASE-SX所规定的距离,考虑到成本核算的因素,可以选择62.5微米光纤支持的1000BASE-LX的电子设备。

③对于新的布线安装,在采用50微米光纤时必须考虑如下因素:

与已安装的62.5微米光纤不兼容;使用LED光源的传统局域网的配置会导致2-5dB的衰减,以及对最大支持传输距离的影响;对某些应用不支持,如FDDI、100VG-AnyLAN和光纤通道的某些形式;与TIA/EIA568A相矛盾;市场占有份额小;供给商少等等。

另外,安装50微米光纤用于支持275到550米间的距离是不必要的。2.5Gbps的ATM需要使用单模光纤,而不是多模光纤。一般说来,长距离的网络传输必须考虑使用单模光纤,因为它是千兆位以太网距离大于550米情况下的首要选择,在校园主干网上可以看到这种使用,从长远来看,单模光纤将极有可能成为2.5GbpsATM以及更高速率网络布线的前提。

在主干网或服务器的连接使用62.5微米多模光纤,并结合使用更优秀的单模光纤,是支持当今先进的网络应用的最经济合算的方式,而且为将来更高速度的局域网和宽带视频提供保证。

以上建议必须考虑到每个用户的使用情况以及规划基础。对于是选择单模光纤还是选择62.5微米多模光纤,这取决于对超过多模光纤支持能力的应用需求的猜测,30%的单模应用比例对大多数采用千兆位以太网的用户是足够了。在资金充裕的条件下,采用更高比例的单模光纤,从长远来看将是合算的。【未完待续】