千兆以太网综述

千兆以太网综述 千兆以太网综述 （转载） （张砚冰 董立伟 谢宝湘 ） 目前，在我国现有的局域网中 80以上为以太网。以太网具有价格低、可靠性高 、可扩展性好、易于管理等优点，现有 10M 位传统以太网及 100M 位快速以太网两个 版本。其中 100M 位快速以太网是 1995 年推出的，它几乎完全继承了 10M 位以太网的 技术，使用与 10M 位以太网相同的 CSMA/CD 协议，且帧格式及帧大小也完全与 10M 位 以太网相同，为 10M 位以太网提供了平滑、无需中断的升级方法，使以太网成为可 伸缩的网络。因此 100M 位以太网迅速普及，成为快速局域网的主导技术。 随着技术的发展，网络分布计算、桌面视频会议等应用对带宽提出了新的要求， 同时 100M 位快速以太网，也要求主干网、服务器一级有更高的带宽。人们迫切地 需要更高性能的网络，并且这网络应与现有的以太网产品保持最大的兼容性。为 此，IEEE 提出了千兆位以太网技术。 技 术 千兆位以太网支持交换机到交换机、交换机到终端使用的新的全双工操作模式(由 802.3x 协议定义)及共享式连接 (使用中继器和 CSMA/CD 协议)使用的半双工操作模 式。它使用光纤、非屏蔽双绞线(CAT5)或同轴线缆为传输介质，其功能部件如图 一。 图 1 千兆位以太网功能部件图 千兆位以太网使用高速的光纤通道、780nm(短波)光学部件进行调制，使用 8B/10 B 编码/ 解码方案进行串并转换。目前正在增强 1.063Gbps 的光纤通道技术，以使其 运行 1.250Gbps、提供 1000Mbps 的数据率。对于 2Km 以上的距离，将使用单模光纤 ；而 550 米以下则使用 62.5nm 多模光纤或 1300nm(长波)光纤。 要做到千兆位以太网最终能在非屏蔽双绞线上运行，就要在 MAC 层和 PHY 层之间加 入一接口逻辑，该接口逻辑将 MAC 层与光纤通道编码部件分离，以加入更容易支持 非屏蔽双绞线的编码方案。除了在 100m 以内使用 CAT5 非屏蔽双绞线外，鉴于 IEEE 的技术连续性，还将发展支持短距离(用于机房和线柜应用) 连接的机制。 千兆位以太网标准化工作的重点放在光纤通道和其它高速网络部件的使用上。现 在已经有千兆位以太网光纤通道的编码/解码集成电路和光学部件，有关部门正在 对其进行优化以提高性能价格比。 同现有的其它千兆位网络技术(如 ATM)相比，千兆位以太网最大的优点在于它对现 有以太网的兼容性。同 100M 位以太网一样，千兆位以太网使用与 10M 位以太网相同 的帧格式和帧大小，以及相同的 CSMA/CD 协议。这意味着广大的以太网用户可以对 现有以太网进行平滑的、无需中断的升级，而且无需增加附加的协议栈或中间件 。同时，千兆位以太网还继承了以太网的其它优点，如可靠性较高，易于管理等 。 升级途径 千兆位以太网可作为校园或建筑物内的主干网，实现交换机到交换机、交换机到 路由器、交换机到服务器和中继器到服务器的连接。网络升级为千兆位网一般有 五种情况，即：交换机到服务器连接的升级、交换机到交换机连接的升级、交换 式快速以太网主干网的升级、共享式 FDDI 主干网的升级、高性能桌面系统的升级 。以下介绍交换机到交换机连接、交换机到服务器连接、交换式快速以太网主干 网升级这几种情况。 1、交换机到交换机连接的升级 将快速以太网交换机或中继器间的 100Mbps 连接升级为 100/1000Mbps 交换机间的 1 000Mbps 连接是一种最直接的升级方法。这种高带宽的交换机到交换机连接使 100 /1000Mbps 交换机能支撑多个交换或共享式快速以太网段。图 2a、图 2b 分别说明了 升级前后的网络结构。 图 2 2、交换机到服务器连接的升级 最简单的升级情况是使用千兆位以太网交换机替换快速以太网交换机，并在高性 能工作站上加装千兆位以太网卡。这样就能实现与高性能工作站的高速的 1000Mb ps 连接。 3、快速以太网主干网的升级 千兆位以太网交换机能支持多个 100/1000Mbps 交换机。通过千兆位以太网接口， 千兆位以太网还能支持路由器或集线器等设备以构成千兆位以太网主干网。如果 需要，也可以使用千兆位中继器。一旦使用千兆位以太网交换机组成主干网，高 性能工作站就能直接用千兆位以太网卡连接至交换机，以增加使用高带宽应用的 用户到服务器的吞吐率。同时，这种升级可使网络能支撑更多的网段，每个网段 有更多的节点及更高的带宽。 标 准 千兆位以太网标准为 802.3z。目前，千兆位以太网的标准化活动正在紧锣密鼓地 进行之中。千兆位以太网联盟的主要目的之一就是加速千兆位以太网的标准化活 动。人们期望千兆位以太网像快速以太网一样能成为 IEEE 802.3 的扩充。 快速以太网的标准化活动耗时 13 个月，估计千兆位以太网的标准化活动耗时将基 本与快速以太网相同，也就是说，千兆位以太网的标准化活动将大大快于其它速 度相当的快速网络的标准化进程。IEEE802.3z 千兆位以太网任务组力争在 1998 年 完成标准化工作。 802.3z 千兆位以太网任务组制定的千兆位以太网标准将支持以下特性： 在 1000Mbps 可进行全双工和半双工操作； 使用 802.3/以太网数据格式； 使用 CSMA/CD 访问方法并能支持每域一个中继器； 地址与 10Base-T 和 100Base-T 技术向后兼容。 另外，千兆位以太网工作组在连接距离上也制定了三个目标：多模光纤连接最大 距离为 500m；单模光纤连接最大距离为 2Km；基于铜介质(如同轴缆)的连接最大距 离最少为 25m；同时，IEEE 也关注使用 CAT5 UTP、最大距离至少为 100m 的技术。 此外，IEEE 的另一工作组完成了全双工操作标准802.2x。802.3z 千兆位以太网 工作组在全双工操作模式的介质访问控