萬兆以太網：突破LAN的界限(1)

2019-11-05 01:42:59

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供稿：網友

　　久前，上海交通大學的兩個主要校區間采用了萬兆網絡進行連接。雖然該校園網沒有全面部署萬兆以太網，但據了解，其局部工程的萬兆應用在我國尚數首次。
　　
　　
　　上海交大的校園網隸屬于國家“985工程”，
　　是數字化大學建設的示范項目，目的是建成國際上最先進的園區網。同時，上海交通大學校園網還是CERNET（中國教育科研網）的華東樞紐，CERNET承擔了許多最先進的網絡通信技術的試驗項目，如ipv6網間互連試驗。因此，上海交大要求基層網絡要有較高的前瞻性和穩定性。
　　
　　
　　上海交大最初采用的是ATM網，后來又引進了IP網解決方案，根據“985工程”的要求，該網絡要盡快升級為千兆、并最終全面過渡為萬兆以太網。
　　
　　
　　根據上海交大初步的使用情況來看，該網絡中所使用的極進網絡的萬兆以太網產品提供了豐富的網絡功能，如基于策略的QoS、基于硬件的MPLS，和多播、組播功能，在整體校園網方案中發揮了十分重要的作用。
　　
　　
　　最近，各大國際、國內網絡廠商也紛紛推出其萬兆以太網產品。
　　
　　
　　1973年，施樂公司Palo Alto研究中心的研究人員Robert Mtetcalfe（后來創建了3Com公司）和David Boggs等人開發出了以太網技術，當時是為了實現該中心一個實驗室內部的各臺計算機的互聯。
　　
　　
　　最初以太網的速率只有2.94Mbps。在經歷了以太網、快速以太網、千兆以太網等階段之后，如今的以太網已經發展到了10Gbps。
　　
　　
　　人們不僅在萬兆以太網的技術和性能方面看到了其實質性的提高，也正因如此，以太網正在從局域網逐步延伸至城域網和廣域網，在更廣闊的范圍內發揮其作用。
　　
　　
　　對此，我們應該密切關注萬兆以太網的發展。本次報道對萬兆以太網標準制定、技術的演進、應用前景進行了介紹，旨在幫助廣大用戶對其有較為全面的了解，以推動萬兆技術的合理應用和以太網產業的良性發展。
　　
　　
　　萬兆以太網：一“標”定方向
　　
　　
　　隨著網絡業務的不斷增長，人們也在不斷尋找高速、簡化和低成本的網絡解決方案，電信網絡也正從針對語音業務的技術架構向面向大量數據傳輸的高速分組架構發展。對此，以太網技術將是具有明顯優勢的協議之一，以太網的發展也顯得尤為重要。為了確保萬兆以太網能夠順利地推廣和商用，相應的標準必不可少。
　　
　　
　　1、IEEE牽頭把關
　　
　　
　　1982年，IEEE把以太網技術標準定為802.3。隨后，其技術類型經歷了快速的發展變化，從粗纜的10Base5發展到細纜的10Base2，再到1Base5、雙絞線10Base-T，又到快速以太網五類線傳輸的100Base-TX、三類線傳輸了100BaseT4和光纖傳輸的100BaseFX，隨后又出現的千兆以太網接口，包括短波長光傳輸1000Base-SX、長波長光傳輸1000Base-LX以及五類線傳輸1000Base-T。今年6月，IEEE又正式通過了802.3ae：10Gbps以太網標準。
　　
　　
　　確定萬兆以太網標準的目的是，將802.3協議擴展到10Gbps的工作速度，并擴展以太網的應用空間，使之能夠包括WAN鏈接。這在顯著增加帶寬的同時與已安裝的802.3接口基礎、以前的研發投資和網絡運作和治理原理保持了最大程度的兼容。
　　
　　
　　經過3年多的緊張工作，IEEE協會在今年6月12日，批準了10G以太網的正式標準——802.3ae，全稱是“10G bit/s工作的媒體接入控制參數、物理層和治理參數”。在此標準的制定過程中，共產生了5個草案標準，而最后一次對標準做技術上的修改是在2001年5月。
　　
　　
　　IEEE 802.3ae工作組確立了萬兆以太網標準必須滿足的五個條件：
　　
　　
　　● 必須具備廣闊的市場潛力，支持大量的應用，有多家廠商的支持，并且有多種類型的用戶；
　　
　　
　　● 必須與其他現有的802.3協議標準以及開放式系統互聯(OSI) 和簡單網絡治理協議（SNMP）治理規范相兼容；
　　
　　
　　● 必須與其他802.3標準有本質的區別，使之成為故障的“惟一”解決方案，而不是一個“可選”的解決方案；
　　
　　
　　● 必須在最終批準確定之前論證其在技術方面的可行性；
　　
　　
　　● 必須滿足用戶部署時的經濟可行性，投資合理的成本（包括所有安裝和治理費用）就能獲得預期的性能提高。
　　
　　
　　2、功不可沒的10GEA
　　
　　
　　在萬兆以太網標準的制定過程中，不可忽視的是10GEA（萬兆以太網聯盟）。該聯盟是由網絡產業中的領導者3Com、Cisco、Extreme、Intel、Nortel、Sun和World Wide Packets等創立的。其使命是促進和加速網絡市場中萬兆以太網的引入; 此外，還支持IEEE 802.3ae工作組的活動，促進 802.3ae標準的發展，并推動萬兆以太網產品之間的協同工作。事實證實，該聯盟在推動基于標準的萬兆以太網技術，并鼓勵使用和實施萬兆以太網作為一個連接多種計算、數據和通信設備的重要網絡技術等方面，做出了很大貢獻。目前，該聯盟已有100多家企業參與，我國的中興、華為等公司都是其成員。該聯盟成員的主要職責包括：
　　
　　
　　● 支持IEEE 802.3工作組在萬兆以太網標準方面的工作；
　　
　　
　　● 提供資源以促進技術規范方面的匯聚和一致性；
　　
　　
　　● 促進業界了解、接受和發展萬兆以太網標準；
　　
　　
　　● 加速萬兆以太網產品和服務的采用和使用；
　　
　　
　　● 提供資源以建立和論證多廠商協同工作的能力，并在一般意義上鼓勵和促進協同工作和活動；
　　
　　
　　● 促進萬兆以太網技術和產品的供給商和用戶之間的交流。
　　
　　
　　3、新標準出臺
　　
　　
　　新的萬兆以太網協議與傳統的以太網模式保持兼容。它仍使用與現有以太網同樣的媒體訪問控制協議(MAC)、同樣的可變長幀格式和同樣的最小和最大幀長度(64至1514字節分組)以及同樣的幀格式。
　　
　　
　　然而，與此前的以太網標準不同的是，10G以太網標準只工作于光纖介質上，因此可將以太網技術的應用進一步擴展到MAN和WAN領域。此外，萬兆以太網只工作在全雙工模式，這意味著可以同時發送和接收信號。
　　
　　
　　在今年5月于美國拉斯維加斯舉行的Networld+ Interop展會上，10GEA贊助并展示了一個200多公里長的實際的端到端萬兆以太網絡。這一網絡成功地展示了來自13家主要企業的19種不同設備(包括器件、交換系統、光纜和測試設備)間的互操作性。這清楚地表明，萬兆以太網現在已經可以應用于許多實際網絡，增強了人們對這一技術的信心。
　　萬兆以太網的三個差異
　　
　　
　　萬兆以太網技術是一種“高速”以太網技術，它適用于新型的網絡結構，能夠實現全網技術統一。這種以太網采用IEEE 802.3以太網媒體訪問控制（MAC）協議、幀格
　　式和幀長度。萬兆以太網與快速以太網和千兆以太網一樣，是全雙工的，因此它本身沒有距離限制。它的優點是減少網絡的復雜性，兼容現有的局域網技術并將其擴展到廣域網，同時有望降低系統費用，并提供更快、更新的數據業務。在某些網絡公司的發展策略中，已經將萬兆以太網技術作為了實現端到端光以太網的基礎。
　　
　　
　　萬兆以太網是在以太網技術的基礎上發展起來的，不過工作速率大大提高，適用范圍有了很大的變化，所以與原來的以太網技術相比有很大的差異，主要表現在：物理層實現方式、幀格式和MAC的工作速率及適配策略方面。
　　
　　
　　萬兆以太網可繼續在局域網中使用，也可用于廣域網中，而這兩者之間工作環境不同。不同的應用環境對于以太網各項指標的要求存在許多差異，針對這種情況，人們制定了兩種不同的物理介質標準。這兩種物理層的共同點是共用一個MAC層，僅支持全雙工，省略了CSMA/CD策略，采用光纖作為物理介質。
　　
　　
　　10Gbps局域以太網物理層的特點是，支持802.3MAC全雙工工作方式，答應以太網復用設備同時攜帶10路1G信號；幀格式與以太網的幀格式一致，工作速率為10Gbps。10Gbps局域網可用最小的代價升級現有的局域網，并與10/100/1000Mbps兼容，使局域網的網絡范圍最大達到40km。
　　
　　
　　10G廣域網物理層的特點是采用OC-192c幀格式在線路上傳輸，傳輸速率為9.58464Gbps，所以10G廣域以太網MAC層必須有速率匹配功能。當物理介質采用單模光纖時，傳輸距離可達300km；采用多模光纖時，可達40km。10Gbps廣域網物理層還可選擇多種編碼方式。
　　
　　
　　在幀格式方面，由于萬兆以太網實質是高速以太網，所以為了與以前的所有以太網兼容，必須采用以太網的幀格式承載業務，為了達到10Gbps的高速率，并實現與骨干網無縫連接，在線路上采用 OC-192c幀格式傳輸。這樣就需要在物理子層實現從以太網幀到OC-192c幀的映射功能。同時，由于以太網在設計時是面向局域網的，網絡治理較弱，傳輸距離短并且對物理線路沒有任何保護措施，所以當以太網作為廣域網進行長距離高速傳輸時，必然導致線路信號頻率和相位較大的抖動。而以太網的傳輸是異步的，在宿端實現同步比較困難。因此，假如以太網幀在廣域網中傳輸，需要對以太網幀格式進行修改。為此，對幀格式進行了修改，添加長度域和HEC域。
　　
　　
　　在局域網與廣域網的速率適配方面，10G局域以太網和廣域以太網物理層的速率不同，局域網的數據率為10Gbps，廣域網的數據率為9.58464Gbps 。由于兩種速率的物理層共用一個MAC層，而MAC層的工作速率為10Gbps，所以必須采取相應的調整策略，將10GMII接口的傳輸速率10Gbps降低，使之與物理層的傳輸速率9.58464Gbps相匹配，這是萬兆以太網需要解決的問題。
　　變“盡力而為”為“端到端保證”
　　
　　
　　傳統的萬兆以太網是一種“盡力而為”的網絡機

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