千兆位以太網技術

千兆位以太網是一種新型高速局域網，他可以提供1Gb／s的通信帶寬，采用和傳統10／100M以太網同樣的CSMA／CD協議、幀格式和幀長，因此可以實現在原有低速以太網基礎上平滑、連續性的網絡升級，從而能最大限度地保護用戶以前的投資。
1　千兆位以太網出現的背景
　　以太網技術是當今應用最為廣泛的網絡技術，然而隨著網絡通信流量的不斷增加，傳統10M以太網在C／S計算環境中已很不適應。通信的擁塞推進了對高速網絡的需求。
　　從目前的發展看，最合適的解決方案是千兆以太網。千兆以太網可以為園區網絡提供1Gb／s的通信帶寬，而且具有以太網的簡易性；以及和其他類似速率的通信技術比具有價格低廉的特點。千兆以太網在當前以太網基礎之上平滑過渡，綜合平衡了現有的端點工作站、管理工具和培訓基礎等各種因素。
　　千兆以太網采用同樣的CSMA／CD協議、同樣的幀格式和同樣的幀長。對于廣大的網絡用戶來說，這就意味著現有的投資可以在合理的初始開銷上延續到千兆以太網，不需要對技術支持人員和用戶進行重新培訓，不需要做另外的協議和中間件的投資。結果是用戶的總體開銷較低。
2　千兆位以太網技術的特點
　　由以太網所支持的簡易網絡升級，以及對新應用和數據類型處理的靈活性、網絡的可伸縮性，使得千兆以太網成為高速、高帶寬網絡的戰略性選擇。他主要具有以下幾個特性。
2．1　簡便、直接的高性能升級，而且無網絡崩潰危險
　　網絡管理員所面臨的一個重要問題是如何獲得更高網絡帶寬，而不至于使現存的網絡癱瘓。千兆以太網采用和以前的10／100M以太網相同的格式，執行同樣功能。這樣，向更高速度網絡發展時，升級就成為直接性的和增加性的。所有的3種以太網都采用同樣的IEEE802．3幀格式，同樣的雙工操作和流控機制。單工操作模式中，千兆以太網采用同樣的基本CSMA／CD訪問方式解決共享介質的沖突問題。而且千兆以太網使用同樣的、由IEEE802．3小組定義的管理對象。千兆以太網還是以太網，只是更快。
（1）以太網幀格式
　　使用局域網交換器或路由器將現有的低速以太網設備和千兆以太網設備連接很簡單，利用同樣的線路速率互聯即可。千兆以太網使用同樣的變量長度，由于所有的以太網的幀格式和長度都相同，沒有必要做網絡的其他變動。這種革命性的網絡升級途徑使得千兆以太網可以“無縫”融入現存的以太網和快速以太網之中。
　按IEEE802．3x的規定，通過全雙工、交換方式連接的2個節點可同時發送、接收數據包。千兆以太網在雙工操作模式中延續同樣的標準。而且千兆以太網采用標難以太網的流控方法避免網絡擁塞和超載。在單工操作模式中，千兆以太網也采用同樣的CSMA／CD基本訪問方法，解決共享介質的訪問沖突問題。
（3）管理對象
　　從以太網過渡到快速以太網，大多數網絡管理員所熟悉的基本管理對象仍將在千兆以太網上得以延續。例如，SNMP定義了獲取設備級的以太網信息的標準方法。SNMP利用管理信息庫（MIB）記錄關鍵性的統計信息，諸如沖突計數、發送或接收的數據包、出錯率等各種設備級的信息。其他的信息由遠程監視（RMON）代理收集，通過網絡管理的應用程序匯集各種統計數據。由于千兆以太網使用標準以太網幀，所以可以使用同樣的MIB和RMON代理，在千兆速率上作網絡管理。
2．2　較低的總體開銷
　　總體開銷是評價新型網絡技術的一個重要的因素?？傮w開銷不僅包括購買設備的開銷，還應包括培訓、維護和糾錯的開銷。
　　競爭和經濟發展已經將以太網的連接開銷大大降低了。雖然快速以太網產品只是從1994年開始供貨，但在前五年中其產品價格已經顯著降低。千兆以太網將延續同樣的發展過程。甚至早期產品就能提供較好的性能價格比。IEEE的目標是以100BASE-FX連接價格的2～3倍提供千兆以太網的連接。隨著產品數量的增加，IC生產線會簡化，低價光電設備會被研究出來，千兆以太網端口價格將不斷降低。
　　交換式千兆以太網連接開銷低于622Mb／sATM（假定物理介質相同），這是因為產品相對簡單，產品數量更大。千兆以太網中繼器接口大大低于622Mb／sATM。為用戶提供性能價格比優越的數據中心主干網絡和服務器連接的解決方案。
　　最后，由于現有系統的用戶早已熟悉了以太網技術，以太網的維護和糾錯工具，以太網的支持開銷將遠遠低于其他的技術。千兆以太網只需要對人員的進一步培訓，附加性購置維護和糾錯工具。除此之外，千兆以太網將比其他技術更快。一旦升級培訓和升級工具完成之后，網絡支持人員可以有充分信心作千兆以太網的安裝和糾錯工作。
2．3　對新型應用和數據類型的支持
　　Intranet應用的出現預示著新數據類型發展。包括視頻和音頻。在過去，人們認為視頻需要一種新的、專為多媒體設計的技術，但是如今由于新標準、新協議的出現，將數據和視頻綜合在以太網上已經成為可能。
2．4　靈活的網絡互聯和網絡設計
　　網絡管理員當今面臨著無數個網絡互聯的選擇和網絡設計的各種解決方案。這些選擇包括各種路由和交換網絡，包括建立規模不斷增長的內部網絡?；趲捯蠛徒涃M情況，以太網可為共享式的（使用中繼器）或交換式的網絡。然而高速網絡的選擇應當不受互聯方式和網絡拓撲的限制。
2．5　仍然不能保證服務質量
　　千兆以太網提供高速連接能力，但本身不提供完整的服務功能如服務質量（QoS）、自動冗余容錯或是高層尋徑功能。這些功能在其他開放標準中定義。如同所有的以太網描述，千兆以太網定義OSI協議模型的數據鏈路層（第2層），TCP和IP分別在傳送層（第4層）和網絡層（第3層）部分中定義，允許在應用之間的可靠通信服務。QoS等問題在最初的千兆以太網描述中未曾涉及，但是必須由此類標準的幾種中加以定義。
3　千兆位以太網的應用
　　千兆位以太網的最初應用將是園區和建筑中要求更高帶寬的各種設備之間的通信，包括路由器、交換器、集線器、中繼器和服務器等。例如交換器到路由器、交換器到交換器、交換器到服務器和中繼器到交換器連接。在早期階段，千兆以太網預計不會廣泛用于臺式環境。不論什么場合，網絡操作系統（NOS）、臺式機的應用和NIC驅動程序都會保持不變。MIS管理員不僅可以繼續使用現有多模光纖，而且也可以考慮當前的網絡管理、網絡應用和工具的投資，在原有投資和新投資上取得平衡。
　?。?）對交換器到交換器連接的升級，可以獲得100／1000M交換器之間的1000Mb／s信道。
　　一個非常直接的升級方案是將快速以太網交換器之間或中繼器之間的100Mb／s的鏈路升到1000Mb／s。如此的高帶寬、交換器到交換器的鏈路可以使100／1000M交換器支持更多數量的交換式或共享式的快速以太網網段。
　?。?）對交換器到服務器連接的升級，可獲得從應用到文件服務器的高速訪問能力。
　　最簡單的升級方案是將快速以太網交換器升級為千兆以太網交換器，以獲得從具備千兆以太網網卡的高性能的超級服務器集群到網絡的高速互聯能力。
　?。?）對交換式快速以太主干網的升級，這可以通過用千兆位以太網交換器或中繼器匯接快速以太網交換器來實現。
　　連接多個10／100M交換器的快速以太網主干交換器可以升級為千兆以太網交換器，支持多臺100／1000M交換器，以及其他的設備如路由器、帶有千兆以太網接口和上聯功能的集線器，在需要時也可以是千兆以太網中繼器和數據緩沖分配器。一旦主干升級為千兆以太網交換器，高性能的服務器可以通過千兆以太網接口卡直接連接到主干上，為使用高帶寬的用戶提供更高的訪問吞吐能力。同時網絡可以支持更多數量的網段，為每個網段提供更高帶寬，使各網段支持更多的節點接入能力。
　?。?）對共享式FDDI主干網的升級，可通過用千兆位以太網交換器或中繼器安裝FDDI交換器或以太網到FDDI交換器／路由器來實現。
　　園區或建筑FDDI主干網絡可以采用利用千兆以太網交換器或數據緩沖分配器，更換現有的FDDI集中器、集線器或以太網到FDDI路由器的方式升級。升級僅要求在路由器、交換器或中繼器上安裝新的以太網接口。在光纖上的投資受到保護，每個網段帶寬增加了至少10倍，總帶寬增大。如圖所示。