1、华 为 技 术 报刊号:第M08期(2003.06.01) 类别：华为技术报杂志标题:1-1 网络技术专题万兆以太网技术综述作者:内容:万兆以太网技术综述以太网技术于1983年正式成为802.3标准，在经历了20年的发展后，它不但在局域网领域奠定了坚实的基础，而且在城域网市场也占有一席之地，随着万兆以太网802.3ae标准的推出，以太网技术又向广域网迈进了一大步。本文将对万兆以太网的技术创新、特点、应用场合和发展趋势进行描述。一 、 以 太 网 技 术 发 展 回 顾 以太网技术由施乐公司（Xerox）于1973年提出并实现，当时的传输速率达到3Mbps，之后在施乐、Digital、Intel
2、的共同努力下于1980年推出了10Mbps DIX以太网标准。1983年，以太网技术（802.3）、令牌总线（802.4）、令牌环（802.5）共同成为局域网领域的三大标准。在此之后，以太网技术的应用获得了长足的发展，全双工以太网、百兆以太网技术相继出现。1995年，IEEE正式通过了802.3u快速以太网标准，以太网技术实现了第一次飞跃，传输速率的提升反过来又极大程度地促进了应用的发展，用户对网络容量的需求也得到了进一步激发，90年代以太网得到了前所未有的规模应用，大部分新建和改造的网络都采用了这一技术，百兆到桌面成为局域网的新潮流，进而又带动了以太网的进一步发展。1998年802.3z千兆
3、以太网标准正式发布，2002年IEEE通过了802.3ae标准。为什么以太网技术能够在当初并列的三大标准中脱颖而出，最终成为局域网的主流技术，并在城域网甚至广域网范围获得进一步应用？分析以太网的发展历程和技术特点，可以发现以太网的发展主要得益于以下原因： 开放标准，获得众多服务提供商的支持DIX在首次公布以太网规范时就没有添加任何版权限制，Xerox公司甚至放弃了专利和商标权利，其想法就是让以太网技术能够获得大量应用，进而生产以太网产品；IEEE组织也成立了专门的研究小组，广泛吸纳科研院所、厂商、个人会员参与研究讨论；这些举动得到了众多服务提供商的支持，使以太网很容易地融入到新产品中； 结构简
4、单，管理方便，价格低廉由于没有采用访问优先控制技术，因而简化了访问控制的算法，简化了网络的管理难度，并降低了部署的成本，进而获得广泛应用； 持续技术改进，满足用户不断增长的需求在以太网的发展过程中，技术不断改进：物理介质从粗同轴电缆、细同轴电缆、双绞线到光纤，网络功能从共享以太网、全双工到交换以太网，传输速率从10M、100M、1000M到10G，极大地满足了用户需求和各种应用场合； 网络可平滑升级，保护用户投资以太网的改进始终保持向前兼容，使用户能够实现无缝升级，一方面不需要额外投资升级上层应用系统，同时也不影响原先的业务部署和应用。二 、 万 兆 以 太 网 技 术 介 绍 万兆以太网技术
5、的研究始于1999年底， 当时成立了IEEE802.3ae工作组， 并于2002年6月正式发布802.3ae 10GE标准， 图1为802.3ae万兆以太网技术标准的体系结构。图1 802.3ae体系结构 物理层在物理层，802.3ae大体分为两种类型，一种为与传统以太网连接速率为10Gbps的“LAN PHY”，另一种为连接SDH/SONET速率为9.58464Gbps的“WAN PHY”。每种PHY分别可使用10GBase-S（850nm短波）、10GBase-L（1310nm长波）、10GBase-E（1550nm长波）三种规格，最大传输距离分别为300m、10km、40km，其中LAN
6、 PHY还包括一种可以使用DWDM波分复用技术的“10GBASE-LX4”规格。WAN PHY与SONET OC-192帧结构的融合，可与OC-192电路、SONET/SDH设备一起运行，保护传统基础投资，使运营商能够在不同地区通过城域网提供端到端以太网。 传输介质层802.3ae目前支持9um单模、50um多模和62.5um多模三种光纤，而对电接口的支持规范10GBASE-CX4目前正在讨论之中，尚未形成标准。 数据链路层802.3ae继承了802.3以太网的帧格式和最大/最小帧长度，支持多层星型连接、点到点连接及其组合，充分兼容已有应用，不影响上层应用，进而降低了升级风险。与传统的以太网不
7、同，802.3ae仅仅支持全双工方式，而不支持单工和半双工方式，不采用CSMA/CD机制；802.3ae不支持自协商，可简化故障定位，并提供广域网物理层接口。三 、 万 兆 以 太 网 的 应 用 和 展 望 1、万兆以太网的应用场合随着千兆到桌面的日益普及，万兆以太网技术将会在汇聚层和骨干层广泛应用。从目前网络现状而言，万兆以太网最先应用的场合包括教育行业、数据中心出口和城域网骨干。 在教育网的应用随着高校多媒体网络教学、数字图书馆等应用的展开，高校校园网将成为万兆以太网的重要应用场合，如图2所示。利用10GE高速链路构建校园网的骨干链路和各分校区与本部之间的连接，可实现端到端的以太网访问，
8、进而提高传输效率，有效保证远程多媒体教学和数字图书馆等业务的开展。图2 10GE在校园网的应用 在数据中心出口的应用随着服务器纷纷采用千兆链路连接网络，汇聚这些服务器的上行带宽将逐渐成为业务瓶颈，使用10GE高速链路可为数据中心出口提供充分的带宽保障，如图3所示。图3 10GE在数据中心的应用 在城域网的应用随着城域网建设的不断深入，各种内容业务（如流媒体视频应用、多媒体互动游戏）纷纷出现，这些对城域网的带宽提出更高的要求，而传统的SDH、DWDM技术作为骨干存在着网络结构复杂、难于维护和建设成本高等问题。如图4所示，在城域网骨干层部署10GE可大大地简化网络结构、降低成本、便于维护，通过端到
9、端以太网打造低成本、高性能和具有丰富业务支持能力的城域网。10GE在城域网中的应用主要有两个方面： 直接采用10GE取代原来传输链路，作为城域网骨干，如图4所示； 通过10GE CWDM接口或WAN接口与城域网的传输设备相连接，充分利用已有的SDH或DWDM骨干传输资源，如图5所示。图4 10GE直接作为城域网骨干图5 10GE与城域网骨干的连接2、万兆以太网的特点和部署建议万兆以太网技术提供更加丰富的带宽和处理能力，能够有效地节约用户在链路上的投资，并保持以太网一贯的兼容性、简单易用和升级容易的特点。但是，我们也看到，由于万兆以太网尚处于发展初期，还存在着一些问题和不足：首先，在价格方面，目
10、前一个10GE端口的价格是GE端口的100倍左右，尤其是在带宽得不到充分利用的情况下，会造成投资的极大浪费；其次，万兆以太网继承了以太网一贯的弱QoS特点，如何进行有保障的区分业务承载的问题仍然没有解决，RPR、MPLS等特性的支持尚不成熟；再有，10GE要求设备具有强大的处理能力，而目前业界有些厂商推出的10GE端口并达不到真正的线速处理，带宽优势大打折扣。针对上述问题以及目前网络带宽需求不太迫切的现状，建议网络建设侧重业务和性价比，网络核心仍采用2.5GPOS接口或GE Trunk方式，当万兆以太网在技术和成本方面得到重大进步之后，再平滑升级至万兆。四 、 我 国 万 兆 以 太 网 的
11、发 展 状 况 在国内网络厂商中，华为公司率先推出了支持万兆的高端路由器和交换机Quidway S8500（8505/8512），定位于电信级运营核心网络汇聚层、园区网络和企业网络的核心。Quidway S8500万兆多层核心交换机具有容量大、业务接口特性丰富、协议支持完备等特点，背板容量1.2T，交换容量480Gbps，以太网接口最大提供12个万兆以太网接口，并具有强大的VPN支持能力和完善的QoS能力。同期推出的Quidway NetEngine5000系列万兆核心路由器是面向电信级运营核心网络的高端网络产品，采用三维交换网分布式体系结构，每个接口模块自带分布式交换网，可方便地进行堆叠和扩
12、展，最大提供560个接口模块，整机提供11.2Tbps的交换能力，最大端口容量5.6T，支持10G POS、10GE LAN、10GE WAN接口的IP/MPLS线速转发，并支持向更高速接口平滑扩展。Quidway NetEngine 5000万兆核心路由器采用三维体系结构，在扩展性、负载平衡能力、多路径备份和无阻塞等方面具有优势，并具有可递增的扩充性，可根据需要增加交换容量，而不必一次性地高配置集中交换网，满足未来核心网络发展的特点和需要。此外，华为第五代高端核心路由器Quidway NetEngine80/40也具有平滑升级至万兆的能力。Quidway系列万兆路由器和交换机的推出，标志着我国大容量核心路由器和以太网交换机的设计技术已经迈入国际一流水平，这不仅是我国核心网通信技术发展的一次重大突破，也是我国数据通信产业迈向国际化的重大突破，并将为我国信息化的进一步深入开展提供更加强劲的发展动力。
