| 出版日期：1997-06-16 总期号：662 本年期号：22 |
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千兆位以太网，你究竟是什么？
一、概述 在当今现有的快速网络技术中，快速以太网技术即100base－t，由于可以提供更高的带宽和缩短客户机／服务器应用的响应时间而成为人们的首选。建立在使用广泛和10base－t以太网基础上的快速以太网技术提供了一个可以平滑、自然地迁移到100m环境的选择。随着越来越多的桌面pc以100m的速度与服务器相连，必然会要求网络主干和服务器有更高的网络连接速度。而且，这种技术也应是一种平滑的升级方法，并有很好的性价比以及不需要太多的培训。 现在正在开发一种更能满足要求的技术：千兆位以太网技术。千兆位以太网以简单的以太网技术为基础，为网络主干提供1gbps的带宽。千兆位以太网技术以自然的方法来升级现有的以太网络、工作站、管理工具和管理人员的技能。千兆位以太网与其他速度相当的高速网络技术相比，价格低，同时比较简单，例如保留以太网的帧格式、管理工具和对网络概念上的认识。 千兆位以太网同样采用csma／cd协议，相同的帧格式和长度，就象10m以太网一样。对于广大用户来说，这意味着他们的网络投资可以得到保护，并且可以以较低的成本使原有的网络升级到1gbps而无需对用户进行再培训，也无需为额外的网络协议进行投资。 由于有这样的特点和兼有支持全双工操作的能力，千兆位以太网将会是10／100交换机之间的理想主干，高性能服务器群的理想连接方法，为高性能工作站提供10倍于100mbps的带宽。 二、广泛使用的网络———以太网 以太网技术遍布全球各地，根据idc1996年底的统计报告，在已安装的网络中以太网所占的比例超过80％，这意味着有超过1．2亿台pc、工作站和服务器之间是用以太网连接的。剩余的部分网络是令牌环、fddi、atm和其他。许多著名的操作系统和应用程序都兼容以太网，大多数高层协议也支持以太网。 1996年以太网设备所占比例达到新的高峰，升至82％。idc的报告称，以太网卡交货量达3100万片，以太网集线器交货量超过4300万个端口。相反，atm、fddi／cddi和令牌环网卡在1996年的交货量总共为600万，占总量的14％，idc估计以太网的绝对统治地位将延续到1998年以后。 1．网络可靠性 高度可靠的计算机网络对于企业的成功是至关重要的，因此，必须对各种网络技术的实现方法和以后的技术支持等问题作审慎的考虑。自从1986年出现星形布线结构的10base－t技术以来，结构化的布线系统使得集线器和交换机的可靠性越来越高。如今，以太网已经比其祖先———电话网技术更加可靠，并且易于理解和管理。 2．众多的网络管理工具和诊断工具 以太网的管理工具，广义地还包括网络管理协议标准snmp协议及其后续版本。通过snmp协议可以让管理员从工作站上监察企业整个网络的情况，包括桌面机和网络设备的状态，甚至备用设备的状态。 以太网诊断工具，从简单的指示灯式仪器到复杂的图形化分析仪，范围很广。由于以太网的广泛使用，出现了一大批在安装、维护和故障检测方面受过严格训练的专业人员。 3．可伸缩性 1995年制订的快速以太网技术，将以太网技术定义为可伸缩的。10m和100m技术均拥有低成本可伸缩的界面。现在，千兆位以太网的可伸缩性又向前推进了一步。 4．费用低廉 以太网和快速以太网每端口的平均价格在迅速下降，而且相互间的差距越来越小。虽然准确预测千兆位以太网的每端口价格还为时过早，但人们都希望其发展过程类似于快速以太网。 三、发展的网络 当新的和现有的网络应用程序发展到包括高质量的图形应用程序、视频和其他大数据量的多媒体应用程序的应用环境时，桌面pc、服务器、集线器和交换机都面临着增加宽络带宽的压力。随着这类的应用程序不断地增加和网络用户数量的增加，人们对高带宽网络设备的需求越来越迫切。 四、千兆位以太网：lan和internet的战略发展方向 随着lan的信息的飞速增长，网络管理员被迫去寻找更高速的网络技术以解决带宽的要求。他们现有的网络多为以太网或fddi主干，可以选择不同的升级方法，虽然各种方法都有自己不同的形式，然而还是有一些通用的标准或要求来选择高速的网络技术，包括： ●容易实现的、无间断的升级技术 ●可以扩展至更高的性能 ●低成本，包括设备的成本和技术支持、维护的成本 ●支持新的应用程序和数据形式 网络管理员所面临的最大的问题是“如何既可以升级到高速网而又不中断现有的网络运作？”有几个步骤来实现这种不间断的升级过程，而对于以太网用户而言，这些都是直接的。 以太网现有两个标准：10m以太网和100m快速以太网。千兆位以太网将提供更高的带宽，并且成为有强大伸缩性的以太网家族的第三个成员。利用交换机或路由器可以与现有低速的以太网用户和设备连接起来，因为千兆位以太网的帧格式和帧尺寸大小等都与所有以太网技术相同，不需要对网络做任何改变。这种升级方法使得千兆位以太网相对于其他高速网络技术而言，在经济和管理性能方面都是较好的选择。 网络管理员关心的另一个主要问题是费用，直接费用是明显的，然而网络支持的费用常常被忽略了。如今已有很多成熟和专业的工具来维护以太网，使其以最好的性能运作。千兆位以太网保护了这方面的投资，千兆位以太网的帧格式和网络拓扑结构都是相同的，仅需要对网络分析工具的速度进行升级，而所需的专业培训将会减低到最少。 1．应用程序、数据类型和新的性能 在intranet应用中，迫切需要迁移至新的数据类型，包括视频和音频。以前人们认为视频数据需要在专门的网络上传送，然而现在可以在以太网上传输，因为： ●通过交换技术，使网络带宽增加到100m或1000m ●新的网络协议如rsup，支持带宽的分配和保护 ●新的标准如802．1q和802．1p，支持专有vlan功能和网络数据包专用标识功能 ●广泛应用的视频压缩技术，如mpeg－2 这些技术和协议的组合运用使得千兆位以太网成为传送视频和多媒体数据应用的极好的解决方案。 2．基于千兆位以太网技术的网络互连和网络设计方法 现今，网络管理员会面对相当多的网络互连方法的选择和网络设计方法的选择，这些都是混合使用路由器和交换机，并建立可以扩展的intranet。根据不同的带宽要求或投资预算的要求，以太网可以是交换式的，或者是共享式的。然而，选择何种高速网络技术不应对网络互连拓扑结构作出不必要的限制。 千兆位以太网可以是交换式、共享式的或基于路由器的。现在正在应用的网络互连技术，例如，特定ip交换技术和第三层的交换技术，都与千兆位以太网完全兼容。千兆位以太网可以通过共享集线器（价格便宜）、交换集线器或路由器来实现。 五、实现技术 千兆位以太网是10m以太网和100mieee802．3以太网标准的扩展，提供1000mbps的带宽，并与现在大量使用的以太网相兼容。 千兆位以太网支持新的交换机之间或交换机－工作站之间全双工的连接模式，同时也支持半双工连接模式以便与基于csma／cd存取方式的共享集线器连接。千兆位以太网使用的传输介质有光纤、5类非屏蔽双绞线（utp）或同轴电缆。图1表示了千兆位以太网的功能单元框图。 使用现有的和经过实践证明的技术和方法，将会缩短千兆位以太网产品投放市场的时间。ieee802．3z标准采用了其他高速网络普遍使用的光通道技术作为千兆位以太网的标准，光通道技术的ic芯片和光学部件都已标准化，并且相对价格低廉。 现在安装的千兆位以太网都将使用高速的光通道技术，利用790mm（短波长）光学部件，在光纤上以8b／10b的编码方式传送数据。现有的通道技术运行速率为1．03gbps，很快将会升级到1．250gbps，将完全支持1000m的数据传输速率。在千兆位以太网标准中，单模光纤可支持达2公里的连接距离，而62．5微米多模光纤可支持550米的连接，也可以使用1300微米波长的光纤。 ieee802．3z标准将计划采用新的ic技术和数字信号处理技术以使千兆位以太网可以在utp布线系统上运行。相应地，mac层和物理层之间将会有一个逻辑界面层（参看图1）来合并光通道的8b／10b编码，这样就可以允许同时采用其他编码方案以支持广泛使用的utp布线系统。ieee的一大贡献是发明了支持短距离的机房／布线间这种环境的结构化布线系统，例如在5类双绞线上支持100米的连接距离。 六、升级至千兆位以太网 千兆位以太网将会应用在诸如校园网或建筑大楼内部网络这样的需要在路由器、交换机、hub、收发器和服务器之间有很高连接带宽的应用中。其中典型的连接如交换机到路由器、交换机到交换机、交换机到服务器、集线器到服务器。早期的应用不包括连接桌面pc机。在所有的升级方案中，网络操作系统、桌面pc机的网卡驱动程序都无需改变，网络管理员可以保留多模光纤及网络管理程序和工具。 最可能要升级的连接包括： 1．交换机—交换机连接 一个非常直接的升级方法是把现存的100m快速以太网交换机或集线器之间的100m的连接升级到1000m的连接，这样的高带宽的交换机－交换机连接可以使100／1000交换机支持更多的交换或共享式的快速以太网段。图2a表示升级前的网络图，图2b表示升级至千兆位以太网后的网络图。 2．交换机—服务器连接 简单的升级方法是将快速以太网交换机升级为千兆位以太网交换机以获得高速连接，安装了千兆位以太网卡的高性能服务器群与千兆位以太网交换机相连。 3．快速以太网主干 一个聚集了多个10／100交换机的快速在以太网主干可以升级至多个100／1000交换机或者装有千兆位以太网接口或级连口的路由器、集线器环境。在需要时可以安装千兆位以太网集线器。当主干升级到千兆位以太网交换机后，在高性能的服务器群中安装千兆位以太网交换机后，就可以在高性能的服务器群中安装千兆位以太网卡，以便将其直接接入千兆位以太网主干，这样使服务器吞吐率大大提高，以满足那些需要很高带宽的应用程序的要求。同样地，升级后网络也将支持更多的网段，每个网段可有更高的带宽，或每个网段可支持更多的节点。 4．共享fddi网络主干 校园fddi主干网或者建筑内fddi主干可能通过将fddi集中器、hub或以太网fddi中路由器更换成为千兆位以太网交换机或集线器来实现升级。升级时只需要在路由器、交换机和集线器中安装千兆位以太网接口模块，在光纤上的所有投资都将得到保护，而每个网段的带宽至少增加十倍。 5．高性能桌面工作站网络连接 高性能工作站或超级工作站会很快地耗尽快速以太网或fddi的带宽。千兆以太网卡将用于连接高性能桌面计算机和千兆位以太网，高性能的桌面计算机将会直接接入千兆位以太网交换机集线器。 七、预期价格 费用是决定新网络技术能否起到革命性作用的重要因素，这里的费用不单指购买设备的费用，也应包括培训、维护和故障检测的费用。 因为竞争和经济利益的推动，以太网产品的价格不断下降。快速以太网产品在1994年才发布，然而在过去的两年时间内不断下降。 千兆位以太网产品也会有象快速以太网产品一样的价格走势，甚至早期的产品也可以为1000m的传输速率提供很好的性能价格比。ieee预期千兆位以太网产品价格是快速以太网产品的2～3倍。随着大容量、更微细线宽的微处理器的广泛使用和低成本的光电器件的发展，千兆位以太网设备的价格会不断下降。 在相同的传输介质情况下，千兆位以太网交换机的价格将会比622m的atm交换机便宜，这是由于以太网的简单和对ic电路功能的要求不高。千兆位以太网集线器的价格比622m的atm低得多，因为它采用简单和现成的半双工系统，提供到中心主干和服务器的一种造价低廉和灵活的连接方法。 不久的将来，随着半导体技术的发展，包括0．35微米cmosasic技术的发展，将会提供更高的性能和更低的造价，也会使以太网技术有新的发展并有更好的性能价格比。现在的0．5微米技术可以集成约50万个门电路，其传输速率为500m。随着半导体工业向0．35微米技术转移，其好处是显而易见的。工业研究表明，0．35微米处理器可以达到1250mbps的速度并能有100万个门电路的集成度，足够把整个以太网交换机（包括管理部件）、一定容量的缓冲存储器和内置的32位控制器容纳在一片ic上。 最后，千兆位以太网的培训、维护和故障检测所需的费用远低于其他高速网络技术，因为它是以广泛使用的以太网技术为基础的。千兆位以太网只需要增加网络维护人员培训、增加资金以购买设备和工具。相对于其他网络技术，不单培训费用低，而且开发运行于千兆位以太网上的应用程序也会快得多。当完成了培训和购置了工具后，网络支持人员就可以快速地安装和维护千兆以太网。 八、技术标准 千兆位以太网联盟的主要任务是加快千兆位以太网的标准制订工作。与10base－t和快速以太网相类似，千兆位以太网也是被广泛支持和使用的ieee802．3标准系列中的一员。 千兆位以太网技术标准的制订工作比其他高速网络技术的标准制订要快得多。快速以太网技术从方案草拟到签署用了13个月时间，千兆位以太网技术也将用大致相同的时间来完成标准制订工作。ieee802．3z千兆位以太网任务小组的目标是在1998年之前将标准确定下来。 千兆位以太网已经在标准制订之中，在1995年11月，820．3工作组讨论决定成立高速网络技术研究组，以研究如何将快速以太网技术的速度进一步提高。在这期间研究组考虑了很多用于实现1000m以太网的技术的可行性和性能表现。在1996年6月，ieee标准会议通过了千兆位以太网方案申请书，ieee802．3于7月在twente大学开始实施，在实施过程中，802．3工作组成立了802．3z千兆位以太网任务小组。 802．3任务小组的关键工作是制定千兆位以太网标准，包括： ●在1000m速度上实现全双工和半双工操作 ●使用802．3以太网帧格式 ●使用csma／cd技术以支持单个集线器的碰撞区域 ●向后兼容10base－t和100base－t标准的地址技术 另外，任务小组也制定了3种距离标准：使用多模光纤可连接距离为500米、使用单模光纤可连接最远至2公里、铜质材料的线路达到25米的连接距离。ieee同时也在研究在5类非屏蔽双绞线上支持100米的传输距离的技术。任务小组也决定将制定可选的不依赖于传输介质的界面的说明书列入其工作范围。 ieee802．3工作组，通过其802．3x任务的工作，制订了全双工操作的标准。在全双工的模式下，千兆位以太网的媒体存取控制器可以与符合802．3x标准的支持全双工的设备进行互操作。802．3千兆位以太网任务小组也在千兆位以太网技术中采用802．3x制定的流量控制技术标准。 今后，将会制定支持半双工操作的标准，使基于集线器的网络可以通过一个集线器提供200米的连接距离，802．3x任务小组已经扩展512字节“时间片”技术以便支持更大的网络半径。 ieee802．3z标准将会在未来几个月里不断发展，最终成为所有千兆位以太网设备厂商共同遵守的基本标准。千兆位以太网联盟的成员也将共同努力以加速ieee802．3z标准的制订和实施。 九、千兆位以太网联盟 1．主要任务 千兆位以太网联盟是一个开放的组织，成立的目的是保证千兆位以太网产品发展和互操作性，主要任务如下： ●支持ieee802．3任务小组制定的千兆位以太网标准 ●对涉及的技术问题进行专门的研究和相互交流 ●帮助厂商改进产品的互操作性和测试产品的互操作性 ●使潜在的支持千兆位以太网技术的厂商或者用户有一个交流的场所 ●发展新的成员 2．组织结构 千兆位以太网联盟是在以前专业和成功的快速以太网联盟的基础上建立起来的，千兆位以太网联盟的组织结构包括： ●一个策划委员会负责联盟的所有活动 ●技术专家小组 ●市场研究和通信联络小组 |
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