| 出版日期：2003-08-11 总期号：1240 本年期号：59 |
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校园网主干技术比较
王继贤 随着网络技术的发展和应用，各种业务需求对网络带宽提出了更高、更严的要求，从而给当今许多校园网的主干带来了沉重的负担。当前校园网的主干以快速以太网（Fast Ethernet）、ATM（异步传输模式）、FDDI（光纤分布数据接口）为主，但要将网络主干升级至千兆位，目前只有选择用千兆以太网（Gigabit Ethernet）取代快速以太网或采用高速ATM网，因为将FDDI升级的成本太高。 在校园网中，人们已经习惯把信息寄放在Web服务器上，以供每个用户去访问，这些分布式Web站点已成为当前校园网通信的重要手段。呈几何比例增长的用户频繁地点击Web或发E-Mail来获取各种信息，使网络流量大量涌入主干，使得原先的网络流量格局80/20发生了逆转，子网间的信息流量不再只是总流量的20%，网络的负载流量主要是从边缘设备到核心的数据交换，网络的瓶颈通常首先发生在主干。要改善校园网络的数据交换性能，往往首先是扩充核心交换机的交换性能，增加边缘设备到核心的数据通讯带宽，以减少整个网络的瓶颈，使得应用软件的性能和效率得到提高。 ATM和以太网比较 千兆以太网是IEEE802.3以太网标准的扩展。千兆以太网建立在以太网协议之上，但比快速以太网快10倍，其数据速率可达1000Mbps，即1Gbps，并同时可以保留现有的网络基础设施。 ATM是一种面向连接的广域网连接技术，具有可保证的服务质量、优先级别分配和流量控制，允许话音、视频和数据的综合传输，一直是理想的骨干网解决方案。今天许多大型的关键应用网络都依靠ATM交换来实现极高的性能和细粒度控制。 尽管千兆以太网提供了满足大型网络带宽需要的简单、廉价的手段，而且其速度高于当前ATM能够提供的速度。但在控制方面，千兆以太网即使增加了某些QoS功能，也没有像ATM那样去支持声音、图像传输等应用。因此未来的网络将是千兆以太网和ATM的混合型网络，下一代的核心交换机必须支持这两种技术。 以太网因其可靠性、易使用性和经济性而成为大多数校园网络的首选，占据了绝大部分的市场份额。千兆以太网维持了以太网最初标准中的带有检测冲突的载波侦听多路存取（GSMA/CD）访问方法，并包含全双工及半双工操作模式，保留了802.3和以太网帧格式以及802.3受管理的对象规格，从而使校园网在升级至千兆性能的同时，保留了现有的线缆、操作系统、协议、桌面应用程序和网络管理策略与工具，而且对用户是完全透明的，管理人员也不需要重新进行专门的技术培训。 千兆以太网适用于任何规模的通用局域网，提供了增强现有快速以太网或FDDI主干网的性能，改善交换机与交换机之间和交换机与服务器之间连接的可靠、经济的途径。通过将网络核心固定于千兆以太网交换机上，将交换式或者共享式100BASE-T系统向网络边缘迁移，管理人员便能够建立有效使用高速、任务关键的应用程序和文件备份的高速基础设施。 ATM网相对来说建设成本比较高，而且不能够从以太网或快速以太网直接升级扩容，需要重新构造新的网络基础设施。 传输介质与通信距离比较 目前千兆以太网的传输介质包括两种标准：IEEE 802.3Z和IEEE 802.3AB。IEEE 802.3Z包含：1000BASE-LX（单模或多模）、1000BAST-SX（多模）、1000BASE-CX（屏蔽铜缆）；IEEE 802.3AB：1000BASE-T（非屏蔽双绞线）。其接口载体是由千兆接口转换器（GBIC）实现的，包括短波（SX）、长波（LX）、LH和铜缆（CX）物理接口。 千兆以太网最远传输距离分别为：在多模光纤上为500米，在单模光纤上为两公里，在第五类UTP线缆上为25到100米，在同轴线缆上最远达25米。 ATM提供了极佳的带宽和距离上的可扩展性。当前ATM可以提供的速度从1.5Mbps T1到622Mbps OC-12c,和2.4Gbps OC-48。另外，如果使用单模光纤和大功率的远程激光，OC-12c ATM可以扩展到60公里，因此它可以有效地支持园区范围的连接，甚至可以支持专用城域网。同时由于ATM在物理层使用同步光纤网/同步数字系统（SONET/SDH），它可以在SONET/SDH环提供的服务上透明地扩展；又由于它天生具有连接ATM广域网的能力，所以它可延伸的距离实际上是无限的。 仅从带宽来考虑，千兆以太网每个用户具有2 Gbps的传输能力，相当具有ATM网8个155Mbps和两个622Mbps的带宽。但规划一个较大的校园网主干就必须考虑到：容错、可预测的应用响应时间和用户的低开销等因素。 CoS与QoS比较 ATM在定义QoS方面优于千兆以太网。ATM的服务等级从最高级别的CBR（恒定位速率），到实时与非实时的VBR（可变位速率），再到ABR（可用位速率）和UBR（非特定位速率）不等。在这些服务等级当中，特定的信令参数将会对应用进行更为精细的筛分。信令参数依服务等级的不同而略有不同，但是它们却可以囊括从最小、最大、峰值信元速率以及可持续的信元速率一直到信元延迟差异和最大传输延迟等各种参数在内。 同时ATM信元具有固定长度，且比较小，只有53个字节，容易对不同的通信流进行细微的混合，平滑、恒定的信息流量对重视实时性的通信（如视像、声音）尤为重要。而在以太网中，帧的长度在64至1500字节之间变化，信息流混合难以预测，这就决定了在传输实时性应用方面，ATM优于千兆以太网。 千兆以太网在QoS方面虽然不如ATM，但通过支持以太网的服务类型和服务质量保证相关协议，如IEEE 802.1P、IEEE 802.1Q、IEEE 802.3X、IEEE 802.3AB、IPTOS、RSVP等关键协议，使千兆以太网具有了类似ATM的QoS品质，以不同的机制去保证高优先级的、时间敏感（语音和视频）的业务通过。但由于必须在帧上添加许多标志，这更增加了网络的负担，从而降低了网络的效率。 IEEE 802.1P规范在以太网的帧头中定义了三种优先级位。通过这三个优先级位可以设定八种优先级特性，从而供以太网中的第二层交换机进行识别。这是因为802以太网标准是一个链路层标准，该标准界定了组播（Multicast）分组管理。IEEE 802.1P还包括了通用分配注册协议（GARP），如GARP组播注册协议（GMRP）、GARP WAN注册协议（GVRP），从而保证了以太网上的多媒体应用需求。 IEEE 802.1Q基于标准的VLANs，适合于以太网、快速以太网、令牌环和FDDI，也为交换机和路由器提供一种使VLAM标签化的方法，保证了多厂商的VLAN兼容性。GVRP已由IEEE 802.1Q支持，它提供了VLAN成员的注册服务。 IEEE 802.3X是以太网的一种流控机制。当客户终端向服务器发出请求后，自身系统或网络产生拥塞环境时，它会向服务器发出一种暂停帧，以延缓服务器的数据传输。千兆设备对该机制的支持，补充了千兆比以太网的控制功能。 RSVP是资源预留协议，以太网通过在帧位中标记数据流类型，使网络在传输中识别其优先级别，以保证高优先级的数据流优先占用带宽资源，弥补以太网对延时敏感应用支持的不足。 IP ToS标准的工作原理与IEEE 802.1P非常相似，但它工作在第3层，即IP或Internet协议层中实现。IP ToS也定义了三个优先级位，只不过优先级位出现在IP报头中的优先级子域里。因此，IP ToS优先级位只能被具备第三层功能的交换机和路由器所识别。 主干技术的选择 由于千兆以太网具有高带宽、低成本、结构简单等特性，仍然是中、小型校园网主干的首选。但千兆以太网缺乏ATM的灵活性，并且它不支持负载分担，也不能支持真实的、端到端服务质量。尽管采用服务等级流量优化技术，千兆以太网增加的成本和复杂性也不能提供ATM所保证的抖动和时延特性。 最理想的情况就是集成核心ATM网络和边缘的快速以太网、千兆以太网，以保护他们在局域网上的投资，同时得到ATM提供的可靠性能和先进的、多服务的局域网和城域网、广域网性能。 为了使ATM和传统的以太网共存，ATM提供了局域网仿真（LANE）规范。LANE使得ATM使用任何数据网络协议来支持标准的、可互操作的网络互连。它允许无连接的、广播式的以太局域网在面向连接的ATM网络上透明地仿真，允许局域网设备之间自由地通信或跨越ATM网段连接到ATM设备上去，而且通过将以太网的服务等级映射为ATM的服务质量。 |
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