摘要：本文從利用千兆以太網構建寬帶城域網的可行性分析，千兆以太網在有線電視寬帶城域網中的具體應用，千兆以太網技術與Cable Modem技術的比較等方面，具體地介紹了千兆以太網技術在建設有線電視寬帶城域網中的應用。
    
     要害詞：千兆以太網，有線電視寬帶城域網，ip over DWDM，GE over DWDM。
    
     最早的以太網標準是在1985年發布的IEEE 802.3標準，所用的物理介質是兩種同軸電纜（粗纜和細纜），1986年加入了無屏蔽雙絞線（UTP），傳輸速率是10Mbps，所以稱為10BASE—T標準。T是雙絞線的意思。由于支持10BASE—T的集線器和交換機工作十分可靠，使得這種技術和10BASE—T標準得到了迅速推廣。這種標準支持在共享介質上的半雙工傳輸。并采用CSMA/CD協議來解決信息在共享介質上的沖突。
    
     1995年，IEEE通過了802.3u標準，將以太網的帶寬擴大為100Mbps。對于無屏蔽雙絞線的標準稱為100BASE—T。快速以太網除了繼續支持在共享介質上的半雙工通信外，還支持在兩個通道上進行的雙工通信。雙工通信進一步改善了以太網的傳輸性能。另外，100Mbps以太網的網絡設備的價格并不比10Mbps的設備貴多少。100BASE—T以太網在近幾年得到非常快速的發展。
    
     工作站之間用100Mbps以太網連接后，對于主干網絡的傳輸速度就會提出更高的要求，這樣一來，千兆以太網便應運而生。
    
     1000M以太網是建立在標準的以太網基礎之上的一種帶寬擴容解決方案。它和標準以太網以及快速以太網技術一樣，都使用以太網所定義的技術規范，比如：CSMA/CD協議、以太網幀、全雙工、流量控制以及IEEE 802.3標準中所定義的治理對象等。同時，1000M以太網本身作為以太網絡的一個組成部分，千兆以太網也支持流量治理技術，通過IEEE 802.1P第二層優先級、第三層優先級的QoS編碼位、非凡服務和資源預留協議（RSVP）這些技術規范使得它的服務質量得到了保證。同時千兆以太網還利用IEEE 802.1QVLAN支持、第四層過濾、千兆位的第三層交換。千兆以太網原先是作為一種交換技術設計的，采用光纖作為數據鏈路，而用于中長距離的樓宇之間的連接。后來，在服務器的連接和骨干網中，千兆以太網獲得廣泛應用，隨著IEEE 802.3ab標準（采用5類及以上非屏蔽雙絞線的千兆以太網標準）的出臺，千兆以太網的正在逐漸普及。
    
     千兆以太網絡是由千兆交換機、千兆網卡、綜合布線系統等構成的。同樣的，交換機還是作為了網絡的集中點，所以千兆交換機理所當然的成為了網絡的骨干部分。千兆的網卡插在服務器上，通過布線系統與交換機相連，通過這樣的連接實現了服務器到網絡中心的1000M的帶寬。
    
     一、利用千兆以太網構建寬帶城域網的可行性分析
    
     傳統以太網技術不屬于城域網范疇，而屬于用戶局域網領域。然而其應用領域卻正在向包括城域網在內的其它公用網領域擴展。歷史上，對于企事業用戶，以太網技術一直是最流行的方法，利用以太網技術作為寬帶城域網接入手段的主要原因是：（1）以太網已有巨大的網絡基礎和長期的經驗知識；（2）目前所有流行的操作系統和應用都與以太網兼容；（3）性能價格比好、可擴展性強、輕易安裝開通以及可靠性高；（4）以太網接入方式與IP網很適應，同時以太網技術已有重大突破，容量分為10/100/1000Mb/s三級，可按需升級，10Gb/s以太網系統也已經問世。
    
     建立寬帶城域網需要考慮以下因素：快速的傳輸速度、安全的訪問控制和多媒體網絡應用。
    
     這些因素的解決均需首先從網絡的平臺入手，也就是說網絡的基礎入手，因此要根據網絡小區的需求特點來設計網絡的建設方案。
    
     無論是企業網、城域網還是廣域網，用戶并不因地域的擴大而放棄所須的各種各樣的應用，信息應用正以前所未有的速度發展，尤其是多媒體應用及數據應用對帶寬和傳輸質量提出了更高的要求。網絡的主要負載量是從邊緣接入設備到核心設備的數據量交換，隨著網絡規模的擴大，應用信息交換量增加，使得網絡的核心設備發生了擁塞，形成了瓶頸，擴充核心設備的吞吐能力、增加邊緣設備到核心的數據通訊帶寬是改善網絡性能的要害。因此在設計城域網的原則上，首先應該考慮滿足網絡規模所要求的核心設備交換能力，以及邊緣設備到核心的鏈路帶寬。而且作為大型城域網所采用的解決方案應具有開放技術、支持行業標準，以及保護用戶的投資，提高設備的互操作性。網絡方案要求采用主流技術、開放的標準協議，具有良好的互操作性，能夠支持不同廠商的多系列產品，減少設備的互連的問題。
    

     隨著千兆以太網成為標準，千兆以太網現日益成為當前主流的主干技術，為城域網建設提供了新的思想。1998年六月已經制定完成的第一個千兆以太網標準802.3z.以使用廣纖線纜和短程銅線線纜的全雙工鏈接為對象，針對半雙工和遠程銅纜的標準802.Ab于1999年六月正式確定。
    
     采用千兆以太網的優勢在于：千兆以太網提供10倍于快速以太網的傳輸交換性能，并與現有的10/100Mbps以太網標準、CSMA/CD協議完全兼容，同時千兆以太網支持以太網、快速以太網的802.1QVLAN標準、802.1p優先級標準及802.3x流量控制協議，千兆以太網已成為構建網絡主干的主流技術。
    
    千兆以太網提供了完美的升級方案，可保護現有網絡設備的投資。千兆以太網將保留802.3和以太網幀格式以及802.3受治理的對象規格，從而將使企業能夠在升級至千兆性能的同時，保留現有的線纜、操作系統、協議、桌面應用程序和網絡治理戰略與工具。
    
     千兆以太網相對于原有的快速以太網、FDDI、ATM等主干網解決方案，提供了另一條改善交換機與交換機之間骨干連接和交換機與服務器之間連接的可靠、經濟的途徑。網絡設計人員將能夠建立有效、高速、要害任務的應用程序和文件備份的高速基礎設施。網絡治理人員將為用戶提供Internet、intranet城域網與廣域網的更快速的訪問。
    
     千兆以太網比其它的主干技術具有更有效的帶寬優勢，并且具有良好的發展空間，10G以太網技術規范和標準已經問世，基于以太網幀層及IP層的優先級控制機制和協議標準及QOS支持技術日趨成熟，為高要求服務質量提供了保證基礎。隨著光纖制造和傳輸技術的進步，千兆以太網的傳輸距離可以達到幾十里甚至百公里，因此千兆以太網成為了構建城域網的一種技術選擇。
    
     二、千兆以太網在有線電視寬帶城域網中的具體應用
    
     1998年以來我國很多城市有線電視網絡在其HFC網的光纜網上直接架設寬帶IP城域網，提供高速上網和寬帶交互業務，發展迅速。目前有線電視寬帶城域網的發展趨勢是將千兆以太網與DWDM技術結合在光纜網上架構成寬帶IP城域網。
    
     密集波分復用技術（DWDM）是在一根光纖中能同時傳輸多個波長的光信號的一種技術，其原理是：在發送端將不同波長的光信號組合，在接收端又將組合的光信號分開送入不同的終端，這意味著，原來只能采用一個波長作為載波的單一信道，變為數個不同波長的光信道同時在光纖中傳輸，從而使光通信的容量成倍提高。
    
     千兆以太網（GE）與DWDM技術結合的方案是GE over DWDM，它可以提供幾十個千兆位的通信帶寬，而且具有以太網的簡易性，與其它類似速率的通信技術相比，具有價格低廉的特點。GE over DWDM實現了以太網基礎之上的平滑過渡，綜合平衡了現有的端點工作站、治理工具和培訓基礎的各種因素。千兆以太網采用802.3z標準，與現有的10/100Mbps以太網標準、CSMA/CD協議完全兼容，并支持全雙工操作。由于這些特點，GE over DWDM將成為有線電視城域網IP主干網的理想技術。
    
     IP over DWDM技術是將DWDM技術和成熟的IP傳輸技術結合的產物。IP over DWDM就是讓IP數據包直接在光路上跑，減少網絡層之間的冗余部分。由于省去了中間的ATM和SDH層，其傳輸效率最高，節省了網絡運行成本，同時也降低了用戶的費用，是一種最直接、最經濟的IP網絡結構體系。GE over DWDM是IP over DWDM的一種廉價方式，非常適用于有線電視網絡大型城域IP骨干網的建設。
    
     GE over DWDM的基本原理和工作方式是：在發送端將交換機、路由器等設備發出的GE光信號分為兩路，一路送給GE的MAC芯片，一路送到具有調制特定波長的激光器。通過GE的MAC芯片可以獲取GE的傳輸情況，如：數據包的流量和錯誤數據包的數量，可以很方便地在傳輸網管設備上觀察到GE的運行情況，及時查找傳輸線路故障。特定波長的激光器的GE光信號同其它波長的光信號組合（復用）送入一根光纖中傳輸。在接收端通過分波器將各個波長的光信號從一根光纖分出，送入不同終端。分出的GE光信號，送給GE波長轉換板，同樣進行光/電/光轉換，并在電氣層用GE的MAC芯片監視傳輸情況，最后將GE的光信號送到交換機、路由器等設備的GE光接口，完成GE over DWDM，不經中繼傳輸距離即可達到640公里以上。
    
     目前我國一些城市HFC網光纜布設已有一定規模，一個城市有數百個乃至數千個光節點。同軸電纜網目前一時無法全面啟動HFC雙向因特網接入業務，由于HFC網的光纜部分是雙向的，從拓撲結構看，有線電視HFC網的光纜部分最能滿足城市寬帶IP骨干網的要求，因而可利用有線電視預留光纖架構獨立于有線電視HFC網的寬帶IP網。邵陽有線電視網絡也采用這種方式。
    
     它的基本結構是在總站和各分中心之間用環型光纜連接，各分中心用星型光纜網連接各個光節點，各個分中心可以成為寬帶匯接點GpoP(gigbit pop),連接各個分中心的環形光纜網，用IP over DWDM架構多路千兆以太網，一個分中心GPOP通過光纖可以連接上百個光節點。由于每個光節點小區方圓僅數百米，可以用光纖接入企事業單位用戶，提供局域網連接、專線租用、寬帶因特網接入等多種寬帶數據業務服務。
    

     這種接入系統從光節點到用戶接入網的施工量和成本較將單向HFC網改造成雙向用電纜調制解調器架構寬帶IP網成本要低得多。維護治理也更方便。該接入系統在用戶端只需一塊以太網卡或快速以太網卡，在分中心，該接入系統只需路由交換機，在光節點處，該接入系統設置一臺路由交換機通過居民樓的交換機連接終端用戶。在光節點GPOP處可以通過SNMP治理覆蓋區內所有的交換機設置VLAN，進行QoS控制等，每一個用戶獨享10Mb/100Mb/s通道。
    
     在我國實現FTTC10/100/1000Mb/s以太網到用戶網絡布設條件已經成熟。根據有線電視網絡的實際情況與需求，系統可采用網型網絡拓撲結構，即在城市的一級主干網絡上采用環形網絡拓撲結構，在支干網絡上采用大星形+小環形拓撲結構，通過主干網絡上的HUB主節點工作站，經二級干線網呈全星型拓撲分配到光節點。
    
     利用有線電視網預留光纖實現CATV+計算機網構成接入網的方案具有現實意義。在此方案中，原來的CATV網仍作為廣播網向用戶提供TV信息，計算機網則單獨構成，即應用光纜中富裕的2根光纖構成數據鏈路。在CATV的前端設置千兆位路由交換機（其出口可直接和Internet網實現互聯），應用光纖數據傳輸系統，用2根光纖連接到服務區，在服務區，通過光收發設備及路由器，經過計算機網用5類線連接到用戶計算機的網卡上。在這種接入網結構中，CATV入戶線和計算機網入戶線是分開的，兩個網相互獨立，僅在前端有連接。對用戶來說，只需要計算機附加一個網卡，目前不僅網卡便宜，連接用戶的網絡線也很便宜。計算機網的傳輸速率可以很高。
    
     三、千兆以太網技術與Cable Modem技術的比較
    
     基于光纖+五類線的千兆以太網作為有線電視寬帶城域網的接入無疑是一種較好的選擇方式。它非凡適合密集型的居住環境，非常適合中國國情。因為中國居民的居住情況不象西方發達國家，個人用戶居住分散，中國住戶大多集中居住，這一點尤其適合發展光纖到小區，再以快速以太網連接到戶的接入方式。在局域網中IP協議都是運行在以太網上，即IP包直接封裝在以太網幀中，以太網協議是目前與IP配合最好的協議之一。以太網接入手段已成為寬帶接入新潮流，它將快速進入家庭。目前大部分的商業大樓和新建住宅樓都進行了綜合布線，布放了5類UTP，將以太網插口布到了桌邊。以太網接入能給每個用戶提供10Mb/s或100Mb/s的接入速率，它擁有的帶寬是其它方式的幾倍或者幾十倍。完全能滿足用戶對帶寬接入的需要。Cable Modem雖然比56K速度快，但與以太網相比，還有很大差距，它只是人們邁向寬帶過程中的一個過渡技術， Cable Modem的上行信道存在低頻段干擾、回傳漏斗噪聲和瓶頸問題，這些問題都需要解決，另外，Cable Modem的費用都很高，造價和成本平均每一戶將超過1000元。而以太網每戶費用在幾百元左右。所以以太網接入方式，在性能價格比上既適合中國國情，又符合網絡未來發展趨勢。在商業大樓和新建高檔住宅樓，以太網接入將會是有線電視城域網最有前途的寬帶接入手段。