以太網技術的發展與應用（二）

4.千兆以太網應用

千兆以太網相比其他技術具有寬的帶寬的優勢，并且仍具有發展空間，有關標準組織正在制定10G以太網絡的技術規范和標準。同時基于以太網幀層及IP層的優先級控制機制和協議標準以及各種QoS支持技術也逐漸成熟，為實施要求更佳服務質量的應用提供了基礎。伴隨光纖制造和傳輸技術的進步，千兆位以太網的傳輸距離可達百公里，這使得其逐漸成為構建城域網乃至廣域網絡的一種技術選擇。

----主干采用千兆以太網的好處在于：千兆位以太網將提供10倍于快速以太網的性能并與現有的10/100以太網標準兼容。同時為10/100/1000Mbps開發的虛擬網標準802.1Q以及優先級標準802.1p都已推廣，千兆網已成為構成網絡主干的主流技術。

----1998年六月已制定完成的第一個千兆位以太網標準802.3以使用光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線線纜的標準802.3ab于1999年內出臺。

----千兆位以太網將提供完美無缺的遷移途徑，充分保護在現有網絡基礎設施上的投資。千兆位以太網將保留802.3和以太網幀格式以及802.3受管理的對象規格，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管理戰略與工具。

----千兆位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使用高速、任務關鍵的應用程序和文件備份的高速基礎設施。網絡管理人員將為用戶提供對Inte.net、Intranet、城域網與廣域網的更快速的訪問。

千兆位產品提供商，具有完整的千兆以太網產品線，可契合用戶需求提供完整的解決方案。從核心的網絡主干交換機到邊緣的客戶機服務器千兆接入，有針對用戶需求設計的高性能的產品。如下我們給出一些典型的大樓、園區乃至城域網絡的解決方案。千兆以太網交換機的部署，是一個非常引人注目的技術。目前,許多廠商的交換機把第2層交換和第3層交換融于一體,不論交換還是路由,都能提供至少1000pps的轉發速率,甚至有的產品還可達到2000pps。這些高性能的特點對于Intranet來講已顯得非常重要,因為傳統的局域網流量80/20自然法則(即80%的流量在本地工作組網絡內和20%的流量流向骨干網)已經過時。

千兆以太網高速的多層數據包轉發能力是千兆以太網技術能提供最好的性能價格比的有力例證。不僅如此,千兆以太網技術對于降低網絡的長期擁有成本也是大有裨益的。

5.千兆網交換機

從1996年底開始,有些公司陸續推出集成了第2層交換和第3層路由的交換機產品,這種技術稱之為“多層交換(multilayerswitching)”。它為第2層交換技術增加了路由層服務,支持有選擇的廣播和組播抑制,支持VLAN及VLAN之間的數據包轉發和防火墻功能,全面支持TCP/IP和IPX路由。

經過將近4年時間的發展,這些功能不斷地得到了完善和加強,使得多層交換機比傳統的路由器的性能價格比高出8至16倍。而新一代多層交換機以千兆以太交換技術為核心,可以提供更加吸引人的性能價格比,是部門級網絡和數據中心網絡中替代傳統路由器的最理想的可以提供多層交換的交換機。同時,其直接傳輸距離目前已達到130公里,完全可以實現以千兆以太網為骨干的大的企業局域網,骨干傳輸速率為2Gbps(全雙工模式)。

值得一提的是,我國已有廠商(如深圳豐網)在消化吸收國外的先進技術后,現已推出同類產品,其網管特性、安全訪問控制等更適合于中國市場。同時,其完善的售后服務和低廉的價格也足以使國內用戶心動。相信由于有了國內廠商的參與競爭,多層千兆以太網交換機的價格居高不下的狀況會很快改變,也必將進一步推動多層千兆以太網交換機的廣泛使用。

推動技術發展的主要因素推動高速多層交換技術發展的最大因素是采用廉價的10/100M自適應網卡的Internet和Intranet的大量部署。目前的網絡已經離傳統的c/s計算模式的層次結構越來越遠,傳統的c/s模式的80/20流量法則已成為過去。在網絡設計方面,傳統的路由器加Hub或第2層交換機的網絡部署模式也將變成歷史。

另外,Intranet支持更加復雜的和對帶寬敏感的各種多媒體數據流,如數據、文件、圖片、動畫、聲音和視頻等。一個Intranet最終用戶對帶寬的要求至少要比非Intranet用戶多50%～100%。同時,寬帶接入已成為發展趨勢。

目前,國內10/100M快速以太網卡的價格已低至100元左右,所以,為最終用戶提供100M的連接成本已經到了用戶可以承受的水平。僅從價格角度來看,用快速以太網接入已是一個"何時"的問題,而不是"是否"的問題。

另一個值得注意的問題是,為用戶提供快速以太網連接可以提供更多的帶寬余量來處理突發的交通量,這點是10BASE-T技術無法比擬的。突發流量是IP網絡應用的特點之一。廉價和高帶寬使得快速以太網不論在用戶端還是服務器端都得以廣泛的應用。

為了在無阻塞和處理突發交通流量的能力之間取得平衡,新一代交換機平臺必須提供高于用戶請求連接的8～16倍速率的主干連接,而以千兆以太網為主干正好滿足了用戶端的快速以太網連接的服務請求。這對于充分處理突發流量非常重要。

同時,在校園網或城域網中,不管跨越幾個網絡層,對于隨機的Intranet交通量都要求提供端到端的持續不變的高性能。為了實現這一點,在一臺交換機中同時具備高性能的第2層和第3層轉發能力是唯一的解決方案。

無阻塞能力和有選擇的轉發功能是用戶的主要需求。而各種非常有效的網管工具使得網絡管理員能夠有效且高效地把業務策略注入轉發引擎中,其性能可以通過網管軟件實時監測。這將從根本上有助于用戶根據公司的短期和長期業務發展需要確定和交付所需的網絡服務。新一代千兆以太網交換機支持這些特點和服務,同時也支持通用的路由協議,如IP/RIP或IP/OSPF等。這也大大降低了網絡設備的復雜性。

6.千兆以太網與銅纜布線系統

千兆位以太網,包括1000BASE-SX(短波長激光器)和1000BASE-LX(長波長激光器)標準將提供一系列光纖的布線方式,由此使網絡管理者更加重視他們的光纖基礎設施。千兆位以太網是第一個千兆位應用,它被基于結構化布線系統的網絡所采用。由于帶寬的需求繼續在布線系統期望的使用期內,超過千兆位的應用也將出現。從10Mbps或100Mbps以太網向千兆以太網的遷移經常被視為一次需要從銅線電纜向光纜的費用昂貴的升級。實際上情況并不一定如此,目前在企業中銅纜主要是支持快速以太網,同時這些現有的5類電纜也可以為千兆以太網提供可靠的支持。

IEEE1000Base-T規范支持將5類或增強5類電纜用于成功的千兆位傳輸。在現有線纜上實現從100Mbps到千兆位的跳躍是通過幾種信令的變化完成的,這些信令進一步利用了已經安裝在多數企業網絡中的電纜。

5類電纜一般為非屏蔽雙絞線,它包含四對雙絞線?？焖僖蕴W(100Base-T)和10Base-T只使用這些雙絞線中的兩對雙絞線,留下了兩對雙絞線未使用。千兆以太網(1000Base-T)則使用所有這四對雙絞線。

與全雙工快速以太網相似,1000Base-T發送和接收信號同時進行。不同之處是1000Base-T使用四對發送/接收雙絞線,每對雙絞線以250Mbps的速率運行。

在某些方面,5類電纜上運行千兆以太網比10/100Mbps以太網布線更容易。1000Base-T規范具有包括自動交叉電纜連接在內的鏈路自動協商的特性。自動協商成功地實現了1000Base-T網卡、集線器、交換機或其他一些在端口初始化后可以以半雙工運行的設備之間的電纜連接。

如果錯誤地連接到100Mbps端口的話,許多1000Base-T接口中內置的智能性還能夠協商正確的速度。千兆位端口將以最高的共同速度運行,從而防止對兩方設備接口中的任何一個接口造成損壞。在服務器上以及網絡中相關設備上使用1000Base-T網卡使用戶可以在提供有效的高速連接的同時,繼續使用5類電纜基礎設施。

當以前從10Mbps向100Mbps遷移時,盡管意味著向更高質量的電纜的升級,但仍看起來像個奇跡。而今天從100Mbps向千兆數據傳輸速率遷移更是非同尋常,同時傳送和接收、改進了的數據編碼方式以及非凡的過濾技術使得這種遷移成為可能。更令人感到驚奇的是今天將傳輸速度提高十倍利用現有電纜技術得以實現的這一事實。增強型5類電纜和仍未確定的6類電纜保證了千兆信號質量的進一步改善。

基于計算機技術歷史提出的下一個問題是:我們可以期望在5類(或更高)電纜上實現2Gbps或者甚至10Gbps以太網嗎?工程技術人員愿意面對這樣的挑戰,但是在使用非屏蔽雙絞線電纜的情況下,答案是:這可能行不通。即使在5類電纜速度超過千兆以太網的情況下,部署這類技術的費用可能超過使用更合適的光纖接口解決方案的費用。

向10千兆位以太網的遷移出于多種理由將需要光纖。首先,光技術已經得到證明可以超越10Gbps。第二,密集波分復用光纖中的光技術的進步使數據速率的大幅提高超越目前使用中的速度成為可能。第三,今天光部件的價格具有了與銅纜的競爭力。第四,長距離傳輸對于運行在1Gbps上的光纖和銅線都是個問題,1000Base-T規范只支持100米的距離?，F在正在制定10Gbps標準的IEEE委員會預期多模光纖上的10Gbps通信距離僅限制在85米。最終的結果是什么呢?隨著網絡帶寬不斷增長,向光纜的遷移是不可避免的。但是,在今后幾年中,將現有5類電纜用于千兆以太網將成為滿足許多企業計算需要的可行的替代辦法。目前線纜的類別大致可歸納為以下幾類：

CAT1:傳統電話線。適于模擬語音和數據。

CAT2:最初為IBM3類。適于4Mbps令牌網局域網和T1,較少使用。

CAT3:為10Mbps以太網設計,廣泛用于數字PBX系統,但由于Cat5出現而趨于衰退。

CAT4:為10Mbps以太網和10Mbps令牌網設計,較少使用。

CAT5:為100Mbps以太網和155MbpsATM設計。這是目前大多數企業安裝的首選線纜。

CAT6:用于1000Mbps以太網。

CAT7:屏蔽雙絞線標準,提供比6類更高的帶寬,預計將主要應用于歐洲市場。

網絡布線從5類、超5類到6類甚至7類的轉換,布線業內有很多猜測。在未來的幾年中,網絡布線將進一步實現從5類到超5類及超5類到6類的轉換。這一過程的第一階段是超5類取代5類,已在進行中,到2001年上半年,一旦6類標準正式出臺,6類就以更快速度取代上一代產品。

7.千兆以太網與光纜布線系統

比起50微米光纖,62.5微米光纖已得到世界標準和用戶的青睞,并在世界市場上取得了優勢。這一優勢取決于堅實的技術原因,此種光纖最適合于間距2公里范圍之內的數據通信,它與低成本LED發射器相匹配。62.5微米光纖通過從LED光源上聚集更多的光,并降低折射引起的光能損耗,因此取得了更長的鏈接。但是,LED已經不能滿足更高的數據傳輸速率的要求,并且低成本的CD激光器和VCSEL(垂直孔表面發射激光器)的數據傳輸率高于622Mbps。這些低成本激光器將用于千兆位以太網和應用于更高的數據傳輸率。

由于這些新的激光源產生的光能很好地與62.5微米和50微米光纖相匹配,所以光纖的模帶寬現在成為了確定可傳輸最大距離的決定因素。62.5和50微米光纖的主模帶寬標準在千兆位以太網標準草案中得到確認,鑒于千兆位以太網的標準,50微米光纖的支持者認為,在較高帶寬和較長距離條件下,比起62.5微米光纖,50微米光纖是一個更好的長期解決辦法。所以用戶對他們現有的光纖安裝以及再安裝光纖主干的潛在需要感到擔心,但是,這種觀點勢必導致只重視千兆位以太網的發展,而忽略了這樣一個事實,即結構化布線既要保證向下的兼容性,又要考慮到未來十幾到二十幾年應用系統發展的需要。

布線安裝應在可能的地方允許發展1000BASE-SX,因為它比1000BASE-LX便宜得多。但是必須密切重視現有的應用以及未來數據傳輸率的提高。下列情況必須予以考慮；

①如果大樓內或校園主干網距離小于220米,160MHz/km的62.5微米光纖,可支持1000BASE-SX。

②增強的200MHz/km的62.5微米光纖對千兆位以太網的支持至少達到275米。關于中心光纖結構的TIA技術通告(TSB-72)和目前向ISO11801提議的中心光纖布線等級規定了300米的距離,一份關于美國公司的布線調查提出,92%的建筑物范圍內的主干網距離小于550米。如果已經完成布線,而且布線距離超過62.5微米光纖支持的1000BASE-SX所規定的距離,考慮到成本核算的因素,可以選擇62.5微米光纖支持的1000BASE-LX的電子設備。

③對于新的布線安裝,在采用50微米光纖時必須考慮如下因素:

與已安裝的62.5微米光纖不兼容;使用LED光源的傳統局域網的配置會導致2-5dB的衰減,以及對最大支持傳輸距離的影響;對某些應用不支持,如FDDI、100VG-AnyLAN和光纖通道的某些形式;與TIA/EIA568A相矛盾;市場占有份額小;供應商少等等。

另外,安裝50微米光纖用于支持275到550米間的距離是不必要的。2.5Gbps的ATM需要使用單模光纖,而不是多模光纖。一般說來,長距離的網絡傳輸必須考慮使用單模光纖,因為它是千兆位以太網距離大于550米情況下的首要選擇,在校園主干網上可以看到這種使用,從長遠來看,單模光纖將極有可能成為2.5GbpsATM以及更高速率網絡布線的前提。

在主干網或服務器的連接使用62.5微米多模光纖,并結合使用更優秀的單模光纖,是支持當今先進的網絡應用的最經濟合算的方式,而且為將來更高速度的局域網和寬帶視頻提供保證。

以上建議必須考慮到每個用戶的使用情況以及規劃基礎。對于是選擇單模光纖還是選擇62.5微米多模光纖,這取決于對超過多模光纖支持能力的應用需求的預測,30%的單模應用比例對大多數采用千兆位以太網的用戶是足夠了。在資金充裕的條件下,采用更高比例的單模光纖,從長遠來看將是合算的?！疚赐甏m】