千兆以太網

千兆以太網是建立在基礎以太網標準之上的技術。千兆以太網和大量使用的以太網與快速以太網完全兼容，並利用了原以太網標準所規定的全部技術規範，其中包括CSMA/CD協議、以太網幀、全雙工、流量控制以及IEEE802.3標準中所定義的管理對象。作為以太網的一個組成部分，千兆以太網也支持流量管理技術，它保證在以太網上的服務質量，這些技術包括IEEE 802.1P第二層優先級、第三層優先級的QoS編碼位、特別服務和資源預留協議（RSVP）。

千兆以太網還利用IEEE 802.1QVLAN支持、第四層過濾、千兆位的第三層交換。千兆以太網原先是作為一種交換技術設計的，採用光纖作為上行鏈路，用於樓宇之間的連接。之後，在服務器的連接和骨幹網中，千兆以太網獲得廣泛應用，由於IEEE802.3ab標準（採用5類及以上非屏蔽雙絞線的千兆以太網標準）的出台，千兆以太網可適用於任何大中小型企事業單位。

千兆以太網已經發展成為主流網絡技術。大到成千上萬人的大型企業，小到幾十人的中小型企業，在建設企業局域網時都會把千兆以太網技術作為首選的高速網絡技術。千兆以太網技術甚至正在取代ATM技術，成為城域網建設的主力軍。

1．千兆位以太網提供完美無缺的遷移途徑，充分保護在現有網絡基礎設施上的投資。千兆位以太網將保留IEEE802.3和以太網幀格式以及802.3受管理的對象規格，從而使企業能夠在升級至千兆性能的同時，保留現有的線纜、操作系統、協議、桌面應用程序和網絡管理戰略與工具；

2．千兆位以太網相對於原有的快速以太網、FDDI、ATM等主幹網解決方案，提供了一條最佳的路徑。至少在目前看來，是改善交換機與交換機之間骨幹連接和交換機與服務器之間連接的可靠、經濟的途徑。網絡設計人員能夠建立有效使用高速、關鍵任務的應用程序和文件備份的高速基礎設施。網絡管理人員將為用户提供對Internet、Intranet、城域網與廣域網的更快速的訪問。

3．IEEE802.3工作組建立了802.3z和802.3ab千兆位以太網工作組，其任務是開發適應不同需求的千兆位以太網標準。該標準支持全雙工和半雙工1000Mbps，相應的操作採用IEEE 802.3以太網的幀格式和CSMA/CD介質訪問控制方法。千兆位以太網還要與10BaseT和100BaseT向後兼容。此外，IEEE標準將支持最大距離為550米的多模光纖、最大距離為70千米的單模光纖和最大距離為100米的銅軸電纜。千兆位以太網填補了802.3以太網/快速以太網標準的不足。

千兆以太網絡是由千兆交換機、千兆網卡、綜合佈線系統等構成的。千兆交換機構成了網絡的骨幹部分，千兆網卡安插在服務器上，通過佈線系統與交換機相連，千兆交換機下面還可連接許多百兆交換機，百兆交換機連接工作站，這就是所謂的“百兆到桌面”。在有些專業圖形制作、視頻點播應用中，還可能會用到“千兆到桌面”，及用千兆交換機聯到插有千兆網卡的工作站上，滿足了特殊應用下對高帶寬的需求。

在建設網絡之前，究竟用千兆還是百兆，要從實際出發，從應用出發，考慮網絡應該具備哪些功能。不同的應用有不同的需求，而且幾乎沒有只有單一業務的網絡。但是，在各種業務中，生產性業務肯定是優先級最高的。如果在網絡中傳輸語音，那麼語音業務也需要優先安排。如果對業務優先的需求很高，網絡必須有QoS保證。這樣的網絡必須要智能化，在交換機端口能夠識別是什麼類型的業務通過，然後對不同的業務進行排隊，為不同的業務分配不同的帶寬，這樣才能保證關鍵性業務的運行。數據業務本身是有智能的，不管多少帶寬都可以傳輸，只是時間長短而已，但是語音或者視頻就不一樣了，如果帶寬小了之後，馬上就聽不清楚了，或者圖像產生抖動，這都是不允許的。所以QoS非常重要。對單純的數據網絡，在QoS方面的需求就很低。在規劃網絡的時候，必須先了解清楚哪些功能是必須的，哪些可以不考慮。例如，多址廣播是比較重要的性能之一，如果需要在網絡中傳輸圖像，而網絡不具備多址廣播的特性，那麼網絡的帶寬浪費就會非常嚴重，甚至根本無法實現。

1997年1月，通過了IEEE802.3z第一版草案；

1997年6月，草案V3.1獲得通過，最終技術細節就此制定；

1998年6月，正式批准IEEE802.3z標準；

1999年6月，正式批准IEEE802.3ab標準(即1000Base-T)，可以把雙絞線用於千兆以太網中。

千兆位以太網標準主要針對三種類型的傳輸介質：單模光纖；多模光纖上的長波激光（稱為1000BaseLX）、多模光纖上的短波激光（稱為1000BaseSX）；1000BaseCX介質，該介質可在均衡屏蔽的150歐姆銅纜上傳輸。IEEE802.3z委員會模擬的1000BaseT標準允許將千兆位以太網在5類、超5類、6類UTP雙絞線上的傳輸距離擴展到100米，從而使建築樓宇內佈線的大部分採用5類UTP雙絞線，保障了用户先前對以太網、快速以太網的投資。對於網絡管理人員來説，也不需要再接受新的培訓，憑藉已經掌握的以太網網絡知識，完全可以對千兆以太網進行管理和維護。

千兆以太網的標準化包括編碼/譯碼、收發器和網絡介質三個主要模塊，其中不同的收發器對應於不同的網絡介質類型。1000BASE-LX基於1300nm的單模光纜標準時，使用8B/10B編碼解碼方式，最大傳輸距離為5000米。1000BASE-SX基於780nm的FibreChannel optics，使用8B/10B編碼解碼方式，使用50微米或62.5微米多模光纜，最大傳輸距離為300米到500米。連接光纖所使用的SC型光纖連接器與快速以太網100BASEFX所使用的連接器的型號相同。1000BASE-CX是一種基於銅纜的標準，使用8B/10B編碼解碼方式，最大傳輸距離為25米。1000BASE-T基於非屏蔽雙絞線傳輸介質，使用1000BASE-T 銅物理層Copper PHY編碼解碼方式，傳輸距離為100米。1000BASE－T在傳輸中使用了全部4對雙絞線並工作在全雙工模式下。這種設計採用 PAM-5 (5級脈衝放大調製) 編碼在每個線對上傳輸 250Mbps。雙向傳輸要求所有的四個線對收發器端口必須使用混合磁場線路，因為無法提供完美的混合磁場線路，所以無法完全隔離發送和接收電路。任何發送與接收線路都會對設備發生回波。因此，要達到要求的錯誤率（BER）就必須抵消回波。1000BASE－T無法對頻率集中在125MHz之上的頻段進行過濾，但是使用擾頻技術和網格編碼能對80MHz之後的頻段進行過濾。為了解決5類線在如此之高的頻率範圍內因近端串擾而受到的限制，應該採用合適的方案來抵消串擾。

最初的千兆以太網採用高速780納米光纖信道的光元件傳輸光纖上的信號，採用8B/10B的編碼和解碼方法實現光信號的串行化和復原。光纖信道技術的數據運行速率為1.063Gbps，將來會提高到1.250Gbps，使數據速率達到完整的1000Mbps。對於更長的連接距離，將採用1300納米的光元件。為了適應硅技術和數字信號處理技術的發展，應在MAC層和PHY層之間制定獨立於介質的邏輯接口，以使千兆以太網工作在非屏蔽雙絞線電纜系統中。這一邏輯接口將適用於非屏蔽雙絞線電纜系統的編碼方法，並獨立於光纖信道的編碼方法。下圖説明了千兆以太網的組成。

把10M、100M網絡升級至千兆的條件並不多，最主要的是綜合佈線條件。千兆以太網指的是網絡主幹的帶寬，要求主幹佈線系統必須滿足千兆以太網的要求。如果原來的網絡覆蓋距離相隔幾百米至幾公里的多幢建築物，則原來的主幹佈線一般採用的是多模或單模光纖，能夠滿足千兆主幹的要求，可以不必重新敷設光纖了。在建築物之間的距離小於550米的情況下，一般敷設價格相對低廉的多模光纖就可以滿足千兆以太網的需要。

如果原來的網絡只覆蓋了一幢建築，而且最遠的網絡節點與網絡中心的距離不超過100米，則可以利用原來的5類或超5類佈線系統。如果原來的佈線系統達不到5類標準，或者採用了總線型佈線系統而不是星型佈線系統，則必須重新布5類線。

升級至千兆以太網，首先要將網絡主幹交換機升級至千兆，以提高網絡主幹所能承受的數據流量，從而達到加快網絡速度的目的。以前的百兆交換機作為分支交換機，以前的集線器則可以在佈線點不足的地方使用。千兆交換機的產品已經很多，可以根據網絡的要求和預算等實際情況選擇。

網絡上的服務器需要吞吐大量的數據，如果網絡主幹升級至千兆，但是服務器網卡還停留在百兆的水平上，服務器網卡就會成為網絡的瓶頸，必須使用千兆網卡才能消除這個瓶頸，解決方法是在原來的服務器上添加千兆網卡。注意應該優先選購64位PCI的千兆網卡，其性能比普通PCI千兆網卡高一些。千兆網卡可以根據網絡的要求和預算等實際情況選擇。

網絡主幹升級了，網絡的分支也應隨之升級。如果原來的用户計算機已經安裝了10M/100M自適應網卡，則可以不必升級網卡，只要將網卡接到百兆交換機上就可以了；如果原來使用的是10Mbps網卡，則需要將網卡更換為10M/100M自適應網卡，這樣才能提高工作站訪問服務器的速度。

預計到2005年之前，數據傳輸量每年將以3倍的速度增長，並於當年超過語音傳輸量，成為全球通信網絡主要的傳輸方式。面對日益增長的數據流和多媒體服務，大容量、高速率、多功能模塊高端網絡產品的市場規模將不斷擴大。可以預見的是，千兆以太網交換機所佔的市場份額會越來越大。隨着Internet的發展和網絡上層出不窮應用的出現，萬兆以太網將是以後的主流，千兆以太網仍然是市場上的主流。

在局域網中為了維持直徑為200米的最大碰撞區域，最小CSMA/CD載波時間,以太網時間片已從512比特擴展到512字節(4096比特)，最小幀長變為512字節，最大幀長仍為1518字節。載波擴展特性在不修改最小包尺寸的條件下解決了CSMA/CD固有的時序問題。雖然這些改變可能會影響到小信息包的性能，然而這種影響已經被CSM/CD算法中稱作信息包突發傳送的特性所抵消。千兆位以太網最大的優點在於它對現有以太網的兼容性。

同100M位以太網一樣,千兆位以太網使用與10M位以太網相同的幀格式和幀大小,以及相同的CSMA/CD協議。這意味着廣大的以太網用户可以對現有以太網進行平滑的、無需中斷的升級,而且無需增加附加的協議棧或中間件。同時,千兆位以太網還繼承了以太網的其它優點,如可靠性較高,易於管理等。

千兆以太網相比其他技術具有大帶寬的優勢，並且仍具有發展空間，有關標準組織正在制定10G以太網絡的技術規範和標準。同時基於以太網幀層及IP層的優先級控制機制和協議標準以及各種QoS支持技術也逐漸成熟，為實施要求更佳服務質量的應用提供了基礎。伴隨光纖製造和傳輸技術的進步，千兆位以太網的傳輸距離可達百公里，這使得其逐漸成為構建城域網乃至廣域網絡的一種技術選擇。

主幹採用千兆以太網的好處在於：千兆位以太網將提供10倍於快速以太網的性能並與現有的10/100 以太網標準兼容。同時為10/100/1000 Mbps 開發的虛擬網標準 802.1Q以及優先級標準 802.1p 都已推廣，千兆網已成為構成網絡主幹的主流技術。

1998 年六月已制定完成的第一個千兆位以太網標準802.3以使用光纖線纜和短程銅線線纜的全雙工鏈接為對象。針對半雙工和遠程銅線線纜的標準802.3ab 於 1999 年內出台。

千兆以太網高速的多層數據包轉發能力是千兆以太網技術能提供最好的性能價格比的有力例證。不僅如此，千兆以太網技術對於降低網絡的長期擁有成本也是大有裨益的。

從1996年底開始，有些公司陸續推出集成了第2層交換和第3層路由的交換機產品,這種技術稱之為“多層交換(multilayer switching)”。它為第2層交換技術增加了路由層服務，支持有選擇的廣播和組播抑制，支持VLAN及VLAN之間的數據包轉發和防火牆功能，全面支持TCP/IP和IPX路由。

經過將近4年時間的發展，這些功能不斷地得到了完善和加強,使得多層交換機比傳統的路由器的性能價格比高出8至16倍。而新一代多層交換機以千兆以太交換技術為核心, 可以提供更加吸引人的性能價格比，是部門級網絡和數據中心網絡中替代傳統路由器的最理想的可以提供多層交換的交換機。同時,其直接傳輸距離目前已達到130公里，完全可以實現以千兆以太網為骨幹的大的企業局域網，骨幹傳輸速率為2Gbps(全雙工模式)。

推動技術發展的主要因素推動高速多層交換技術發展的最大因素是採用廉價的10/100M自適應網卡的Internet和Intranet的大量部署。網絡已經離傳統的c/s計算模式的層次結構越來越遠，傳統的c/s模式的80/20流量法則已成為過去。在網絡設計方面, 傳統的路由器加Hub或第2層交換機的網絡部署模式也將變成歷史。

另外，Intranet支持更加複雜的和對帶寬敏感的各種多媒體數據流,如數據、文件、圖片、動畫、聲音和視頻等。一個Intranet最終用户對帶寬的要求至少要比非Intranet 用户多50%～100%。同時,寬帶接入已成為發展趨勢。

另一個值得注意的問題是，為用户提供快速以太網連接可以提供更多的帶寬餘量來處理突發的交通量，這點是10BASE-T技術無法比擬的。突發流量是IP網絡應用的特點之一。廉價和高帶寬使得快速以太網不論在用户端還是服務器端都得以廣泛的應用。

為了在無阻塞和處理突發交通流量的能力之間取得平衡，新一代交換機平台必須提供高於用户請求連接的8～16倍速率的主幹連接，而以千兆以太網為主幹正好滿足了用户端的快速以太網連接的服務請求。這對於充分處理突發流量非常重要。

同時，在校園網或城域網中，不管跨越幾個網絡層,對於隨機的Intranet交通量都要求提供端到端的持續不變的高性能。為了實現這一點,在一台交換機中同時具備高性能的第2層和第3層轉發能力是唯一的解決方案。

無阻塞能力和有選擇的轉發功能是用户的主要需求。而各種非常有效的網管工具使得網絡管理員能夠有效且高效地把業務策略注入轉發引擎中，其性能可以通過網管軟件實時監測。這將從根本上有助於用户根據公司的短期和長期業務發展需要確定和交付所需的網絡服務。新一代千兆以太網交換機支持這些特點和服務，同時也支持通用的路由協議,如IP/RIP或IP/OSPF等。這也大大降低了網絡設備的複雜性。

網絡系統的高性能要求核心交換機滿足網絡中心海量數據交換的要求，上連中心的通訊鏈路帶寬能夠滿足應用對網絡的性能要求。不管是企業網還是城域網、廣域網，其上的信息應用正以前所未有的速度發展，新的多媒體應用及新的數據應用對帶寬提出了更高的要求。以企業普遍採用Intranet網絡模式來説，其WWW 服務器，FTP服務器，Lotus Notes 羣件應用服務器，Novell Server等服務器羣支撐着整個企業的信息服務環境。企業各部門用户客户端應用軟件，透過網絡訪問中心服務器，請求應用，查詢數據庫。網絡的負載流量主要是從邊緣設備到核心的數據交換，隨着企業業務的發展，網絡規模的擴展，以及應用的信息交換量增加，使得企業網絡通常首先在核心發生通訊瓶頸現象。改善企業園區局域網的網絡數據交換性能，往往是首先擴充核心交換機的交換性能，增加邊緣設備到核心的數據通訊帶寬，以減輕整個網絡的瓶頸，使得應用軟件的性能和效率得到提高。因此在設計企業園區局域網的原則上，首先應該考慮滿足網絡規模所要求的核心設備數據交換處理能力，以及邊緣設備到核心的鏈路帶寬。

網絡系統設計中的設備高可靠性和系統高可用性；要求核心交換機所有關鍵部件可以實現冗餘工作，可以在線更換(插拔)，故障的恢復時間在秒級間隔內完成。多級容錯設計基於單個設備高可靠性的基礎之上進一步提高系統的可用性。

就企業應用來説，其通過先進的計算機、網絡等信息技術，實現生產過程的自動化控制，無紙辦公自動化，提高了企業的生產、管理效率和水平。支持企業應用的基礎設施是企業的園區網絡，它的工作狀況會直接影響到企業的辦公應用環境，交易、生產、開發、設計等業務環境，財務管理，部品管理等環境，信息檢索、數據庫查詢、Internet瀏覽等支持企業正常運行的必要服務設施功能。網絡的可靠性要求是保障企業應用環境正常運行的首要條件，網絡要求可靠性的同時，要求網絡具有高可用性。網絡設備的選擇，尤其是核心機箱式設備，應該可以配置冗餘部件，關鍵部件不存在單一故障點，也就是説，像交換機的電源、風扇、交換引擎、管理模塊這些部件可以冗餘備份，其中之一任何部件的損壞，不會影響設備的正常運行，不會影響網絡的連通。提供網絡設備的可靠性，容錯性的另一個要求是設備損壞部件更換時，不需要停機，更換部件後不需要重新啓動，也就是説部件的更換可以進行在線操作，這樣可以使停機的時間降低到最小。在設計企業園區網的原則上提高網絡的高可靠性、高可用性原則是至關重要的，不僅要求設備的部件冗餘，同時要求網絡的鏈路冗餘，可結合物理層、鏈路層及第三層技術實現，以保證網絡可以在任何時間、任何地點提供信息訪問服務。

網絡設計的可擴展性要求，包括交換機硬件的擴展能力以及網絡實施新應用的能力。核心交換機的靈活擴充性要求：核心交換機應該具備靈活的端口擴充能力，模塊擴充能力，滿足網絡規模的擴充；同時提高性能，滿足更高性能的要求。支持新應用的能力：產品具有支持新應用的技術準備，能構方便快捷地實施新應用。

在設計網絡的方案時，首先是滿足現有規模的網絡用户的需求，同時考慮到未來業務發展、規模的擴大，應該設計網絡具有用户端口靈活的擴充能力。核心設備是整個網絡的樞紐，用户端口數的擴充，需要增加配線間邊緣工作組的設備，增加邊緣設備的同時，要求連接核心骨幹設備的端口數相應增加，因此核心設備應該可以通過增加模塊來靈活地增加端口數。核心設備的機箱設計應該具備強大的背板帶寬，足夠多的負載插槽容量。對於交換機來説，核心交換引擎應該可以滿足最大配置下，無阻塞的進行端口數據包交換，模塊的擴充不影響交換性能。採用分佈式交換結構是實現這一原則的最佳方案，分佈式交換機結構實現了交換機的並行數據交換處理，優化了網絡的性能，本地交換和全局交換相結合的分佈式結構減少了核心交換引擎的壓力。因此在設計大規模園區網絡的原則上普遍採用分佈式交換機實現靈活的模塊、端口擴充能力。

網絡的安全性對網絡設計是非常重要的，合理的網絡安全控制，可以使應用環境中的信息資源得到有效的保護可以有效的控制網絡的訪問，靈活的實施網絡的安全控制策略。在企業園區網絡中，關鍵應用服務器、核心網絡設備，只有系統管理人員才有操作、控制的權力。應用客户端只有訪問共享資源的權限，網絡應該能夠阻止任何的非法操作。在園區網絡設備上應該可以進行基於協議、基於Mac地址、基於IP地址的包過濾控制功能。在大規模園區網絡的設計上，劃分虛擬子網，一方面可以有效的隔離子網內的大量廣播，另一方面隔離網絡子網間的通訊，控制了資源的訪問權限，提高了網絡的安全性。在設計園區網的原則上必須強調網絡安全控制能力，使網絡可以任意連接，又可以從第二層、第三層控制網絡的訪問。

網絡的可管理性要求：網絡中的任何設備均可以通過網絡管理平台進行控制，網絡的設備狀態，故障報警等都可以通過網管平台進行監控，通過網絡管理平台簡化管理工作，提高網絡管理的效率。

在進行網絡設計時，選擇先進的網絡管理軟件是必不可少的。網絡管理軟件應用於網絡的設備配置，網絡拓撲結構表示，網絡設備的狀態顯示，網絡設備的故障事件報警，網絡流量統計分析以及計費等。網管軟件的應用可以提高網絡管理的效率，減輕網絡管理人員的負擔。網絡管理的目標是實現零管理，基於策略的管理方式，網絡管理是通過制定統一的策略，由管理策略服務器進行全局控制的。基於Web的網管界面，是網管軟件的發展趨勢，靈活的操作方式簡化了管理人員的工作。在設計園區網的設備選擇上，要求網絡設備支持標準的網絡管理協議SNMP，同時支持RMON/RMONII協議，核心設備要求支持 RAP (遠程分析端口) 協議，實施充分的網絡管理功能。在設計園區網的原則上應該要求設備的可管理性，同時先進的網管軟件可以支持網絡維護、監控、配置等功能。

網絡設備採用開放技術、支持標準協議：採用標準的協議保護用户的投資，提高設備的互操作性。網絡設計所採用的設備要求採用主流技術、開發的標準協議，具有良好的互操作性，能夠支持同一廠家的不同系列產品，不同廠家的產品之間的無縫相互連接與通訊。在設計園區網絡的原則上，發揮不同廠商產品的專用先進技術同時，必須強調考察設備的技術、協議的標準性，減少設備互連的問題，網絡維護的費用，使用户的投資得到有效保護。

應當考慮選擇的設備是否是可升級的，在新的標準出現以後，系統應能夠升級到新的標準。因而注重產品廠商在相應產品和技術領域內的地位和參與標準化的能力。

當今世界，通信技術和計算機技術的發展日新月異。網絡設計既要適應新技術發展的潮流，保證系統的先進性，也要兼顧技術上的成熟性，降低由於新技術和新產品中不成熟因素所帶來的風險。

千兆位以太網最大的優點在於它對現有以太網的兼容性。同100M位以太網一樣,千兆位以太網使用與10M位以太網相同的幀格式和幀大小,以及相同的CSMA/CD協議。在園區網主幹網中，逐步佔據了主要地位。

作為校園網應用的一個特點，大部分應用對延遲及帶寬不太敏感，可以通過TCP/IP“慢啓動”機制自動識別延遲的變化，動態地適應TCP所提供的帶寬，部分應用要求實時業務傳輸支持，QoS服務保障。這部分應用所佔比例很小，隨着教學手段現代化進程的加快，多媒體課件製作工具的逐步普及，多媒體課件的逐步豐富，該比例預期將逐步提高。IP網絡傳輸實時業務的主要瓶頸是路由器採用軟件實現路由識別、計算和包的轉發，由於路由識別、數據轉發的速度慢，時延和時延抖動大，不能保證服務質量(QoS)。自1997年下半年以來，一些公司陸續推出採用硬件專用電路（ASIC）進行路由識別、計算和轉發的新型線速路由交換機。這種線速路由交換機的結構與L2交換機相似，兼有L3路由器包轉發功能和L2交換功能，有些廠商還在其中加入一些L4應用層功能。

在包交換的IP網上提供QoS，必須對服務進行分類，實行分類服務（CoS）。設備生產廠商一般採用擁塞管理保證網絡性能，為一些專門的業務提供所要的帶寬。一種做法是採用RED（隨機早期丟失）探測和智能識別流量的瞬時劇增，將其與真正的網絡擁塞區別開來，以避免網絡擁塞。通過從IP包頭中IPv4服務分類標識（TOS）識別服務類別（802.1P），確定該數據流的優先級，並根據某種隊列優先算法以保證QoS的能力。還可使用訪問控制表（ACL）定義策略，確定數據流的優先級。隨着技術的進步，可以預見，高速IP網絡上的QoS能力將達到FR/ATM網類似的水平。

在分析比較市場上多種L2/L3/L4線速路由交換機性能、價格、服務的基礎上，選擇美國朗訊（Lucent）公司的Cajun P550R路由交換機共11台，作為校園網主幹交換機。其主要技術、性能指標為：

背板能力45.76 Gbps

交換吞吐能力 22.88 Gbps

第2層交換能力 33,000,000 pps

第3層交換能力18,000,000 pps

多種L2/L3接口模塊

冗餘風扇、電源

OpenTrunk/VLAN互操作性

CoS/QoS/RSVP支持

在網絡設計中，主幹交換機彼此之間通過千兆位以太網互連。所有交換機均配置L3交換引擎，實施分佈式的路由策略，從而降低對中心交換機L3路由解析、包轉發的壓力並控制廣播域的範圍。網絡設計和設備配置中仔細地考慮了設備與線路及路由的物理與邏輯冗餘、網絡中心服務器羣的防火牆設置及安全策略。

隨着國家《千兆比以太網交換機設備技術規範》的發佈，一時間，千兆以太網技術的應用得到了突飛猛進的發展。

1000Base-T(在第五類雙絞線上實現的千兆以太網)由於以下幾個原因成為網絡管理人員的最佳選擇之一。首先，它主要滿足現有網絡中出現的對帶寬飛速增長的需求；其次，在這些網絡中，新興的應用不斷出現，而在網絡邊緣交換機也不斷增加。千兆以太網可以保護公司在以太網和快速以太網的設施上已有的投資；第三，它能夠提供一種簡單、有效而又廉價的性能提升辦法，同時又能繼續使用大量現有的水平線纜傳輸介質。

1000Base-T技術原理

千兆以太網可以利用現有的線纜設施，從而它獲得了良好的性能價格比。它可以在樓層內、樓內和園區內的網絡上採用，因為它可以支持多種連接媒體和大範圍的連接距離。特別是，千兆以太網可以在下列四種媒質上運行:光纖，最大連接距離至少可達5公里； 模光纖，最大連接距離至少550米； 平衡、屏蔽銅纜，最大連接距離至少25米；五類線，最大連接距離至少100米。

IEEE802.3z千兆以太網標準於1998年6月獲得批准，它為三種傳輸媒質定義了三種收發器: 1000Base-LX、1000Base-SX和1000Base-CX。其中，1000Base-LX用於安裝單模光纖，1000Base-SX用於安裝多模光纖，1000Base-CX用於平衡、屏蔽銅纜，它可以用於機房的互連。1000Base-LX的收發器也可以用於多模光纖，其傳送距離至少可達550米。

另一個特別工作小組，IEEE802.3ab已經定義了在5類線的基礎上運行千兆以太網的物理層。IEEE標準化委員會在1999年6月批准了1000Base-T標準。1000Base-T可以繼續使用現有的線纜設施，它規定在5類線上的傳輸距離最遠可達100米。

1000Base-T的其他一些重要規範使其成為一種價格低廉、不易被破壞並具有良好性能的技術。首先，它支持以太網MAC，而且可以後向兼容10/100Mbps以太網技術；其次，很多的1000Base-T產品都將支持100/1000自動協商功能，1000Base-T因此可以直接在快速以太網絡中通過升級實現；第三，1000Base-T是一種高性能技術，它每傳送100億比特，其中錯誤的數據位不會超過一個（誤比特率低於10-10，這與100Base-T的誤比特率相當）。

1000Base-T規定可以在五類平衡雙絞線上傳送數據。在ANSI/EIA/TIA-568-A(1995)中規定了其所採用的四對五類雙絞線的性能。其他的鏈路性能參數(回程損耗和ELFEXT)在TIA/EIA-TSB-95中有規定。五類線的標準在ISO/IEC 11801:1995中有規定(“信息技術:用户前端設備的通用線纜”)。ISO/IEC 11801:1995的第二版則規定了一些其他的線纜性能參數，以便支持千兆以太網。

1000Base-T是專門為在五類雙絞線上傳送數據而設計的。1Gbps的傳送速率可以等效地看作在四對雙絞線上，每對的傳送速率為250Mbps (250Mbps×4=1Gbps)。

1000Base-T與100Base-T採用相同的傳送時鐘頻率(125MHz)，但是利用了一種更加強大的信號傳輸和編/解碼方案，該方案可以在鏈路上較100Base-T多傳送一倍的數據。下面是對這兩種技術規範的比較:

1000Base-T:125MHz×2比特=250Mbps

1000Base-TX:125MHz×2比特-符號=125M比特-符號/s

請注意:125M比特-符號/s等效於100Mbps，因為1000Base-T採用一種4B/5B編碼-在將信號放到線纜上進行傳輸之前，每4比特的數據被轉換成5比特-符號；此有效的比特傳送速率為:125×4/5=100Mbps。

IEEE802.3ab為了高性價比地使用4對5類UTP，不採用8B/10B編碼，而在MAC子層和PHY層定義一個邏輯接口，允許引入更高性價比的編碼方案。由於可用帶寬的限制，顯然每對5類UTP取不超過125Mbaud（5類UTP在62.5MHz時，其ACR為30.6dB）為宜。還考慮到能覆蓋28=256，且最大限度地減少多元制的符號位數，所以取五級（quinary）編碼，即8B/4Quinary。這樣，（1000/4）×（4/8）=125Mbaud能夠滿足可有帶寬的限制。

若採用四級（quartemary）編碼，亦可滿足上述需求，且同樣能覆蓋28=256，但五級（quinary）編碼中冗餘的一級可用於對另外四級的糾錯碼。

千兆位以太網聯盟最近的1000Base-T白皮書建議採用PAM-5碼，每個符號（取+2，+1，0，-1，-2之一）對應兩位二進制信息（四級表示兩位，一級用於前向糾錯碼）。前向糾錯碼採用4維8狀態的Trellis前向糾錯碼。實現這些主要依賴於集成電路技術和數字信號處理（DSP）技術。

1000Base-T可以支持現有的已經獲得實際檢驗的快速以太網和V.90/56K調制解調器技術，從而獲得了良好的性能價格比。在802.3快速以太網和V.90或56K調制解調器中實現信號傳輸和編/解碼技術的高級DSP也可以用來實現1000Base-T。

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，採用和傳統10/100 M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户以前的投資。

隨着越來越多的台式機和工作組向快速以太網升級，網絡骨幹部分的集中業務將大幅度增長。為了處理這種業務，所有新型骨幹交換機應支持千兆以太網上行鏈路。骨幹網部分的千兆以太網交換機可被用來連接高交易率服務器，以及集中快速以太網工作組的網段交換機。如果説千兆以太網的光纖網連接方式，解決了樓宇之間的高速連接，那麼1000Base-T千兆以太網技術，就是用來解決樓層之間、甚至辦公室之間的高速連接。

開始以太網只有10Mbps的吞吐量，使用的是帶有衝突檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）的訪問控制方法，這種早期的10Mbps以太網稱之為標準以太網。以太網可以使用粗同軸電纜、細同軸電纜、非屏蔽雙絞線、屏蔽雙絞線和光纖等多種傳輸介質進行連接，並且在IEEE 802.3標準中，為不同的傳輸介質制定了不同的物理層標準，在這些標準中前面的數字表示傳輸速度，單位是“Mbps”，最後的一個數字表示單段網線長度（基準單位是100m），Base表示“基帶”的意思，Broad代表“寬帶”。

·10Base－5 使用直徑為0.4英寸、阻抗為50Ω粗同軸電纜，也稱粗纜以太網，最大網段長度為500m，基帶傳輸方法，拓撲結構為總線型；10Base－5組網主要硬件設備有：粗同軸電纜、帶有AUI插口的以太網卡、中繼器、收發器、收發器電纜、終結器等。

·10Base－2 使用直徑為0.2英寸、阻抗為50Ω細同軸電纜，也稱細纜以太網，最大網段長度為185m，基帶傳輸方法，拓撲結構為總線型；10Base－2組網主要硬件設備有：細同軸電纜、帶有BNC插口的以太網卡、中繼器、T型連接器、終結器等。

·10Base－T 使用雙絞線電纜，最大網段長度為100m，拓撲結構為星型；10Base－T組網主要硬件設備有：3類或5類非屏蔽雙絞線、帶有RJ-45插口的以太網卡、集線器、交換機、RJ-45插頭等。

· 1Base－5 使用雙絞線電纜，最大網段長度為500m，傳輸速度為1Mbps；

·10Broad－36 使用同軸電纜（RG－59/U CATV），網絡的最大跨度為3600m，網段長度最大為1800m，是一種寬帶傳輸方式；

·10Base－F 使用光纖傳輸介質，傳輸速率為10Mbps。

隨着網絡的發展，傳統標準的以太網技術已難以滿足日益增長的網絡數據流量速度需求。在1993年10月以前，對於要求10Mbps以上數據流量的LAN應用，只有光纖分佈式數據接口（FDDI）可供選擇，但它是一種價格非常昂貴的、基於100Mpbs光纜的LAN。1993年10月，Grand Junction公司推出了世界上第一台快速以太網集線器Fastch10/100和網絡接口卡FastNIC100，快速以太網技術正式得以應用。隨後Intel、SynOptics、3COM、BayNetworks等公司亦相繼推出自己的快速以太網裝置。與此同時，IEEE802工程組亦對100Mbps以太網的各種標準，如100BASE－TX、100BASE－T4、MII、中繼器、全雙工等標準進行了研究。1995年3月IEEE宣佈了IEEE802.3u 100BASE－T快速以太網標準（Fast Ethernet），就這樣開始了快速以太網的時代。

快速以太網與原來在100Mbps帶寬下工作的FDDI相比它具有許多的優點，最主要體現在快速以太網技術可以有效的保障用户在佈線基礎實施上的投資，它支持3、4、5類雙絞線以及光纖的連接，能有效的利用現有的設施。 快速以太網的不足其實也是以太網技術的不足，那就是快速以太網仍是基於CSMA/CD技術，當網絡負載較重時，會造成效率的降低，當然這可以使用交換技術來彌補。 100Mbps快速以太網標準又分為：100BASE－TX 、100BASE－FX、100BASE－T4三個子類。

· 100BASE－TX：是一種使用5類數據級無屏蔽雙絞線或屏蔽雙絞線的快速以太網技術。它使用兩對雙絞線，一對用於發送，一對用於接收數據。在傳輸中使用4B/5B編碼方式，信號頻率為125MHz。符合EIA586的5類佈線標準和IBM的SPT 1類佈線標準。使用同10BASE－T相同的RJ－45連接器。它的最大網段長度為100米。它支持全雙工的數據傳輸。

· 100BASE－FX：是一種使用光纜的快速以太網技術，可使用單模和多模光纖（62.5和125um）。多模光纖連接的最大距離為550米。單模光纖連接的最大距離為3000米。在傳輸中使用4B/5B編碼方式，信號頻率為125MHz。它使用MIC/FDDI連接器、ST連接器或SC連接器。它的最大網段長度為150m、412m、2000m或更長至10公里，這與所使用的光纖類型和工作模式有關，它支持全雙工的數據傳輸。100BASE－FX特別適合於有電氣干擾的環境、較大距離連接、或高保密環境等情況下的適用。

· 100BASE－T4：是一種可使用3、4、5類無屏蔽雙絞線或屏蔽雙絞線的快速以太網技術。100Base-T4使用4對雙絞線，其中的三對用於在33MHz的頻率上傳輸數據，每一對均工作於半雙工模式。第四對用於CSMA/CD衝突檢測。在傳輸中使用8B/6T編碼方式，信號頻率為25MHz，符合EIA586結構化佈線標準。它使用與10BASE－T相同的RJ－45連接器，最大網段長度為100米。

萬兆以太網規範包含在 IEEE 802.3 標準的補充標準 IEEE 802.3ae 中，它擴展了 IEEE 802.3 協議和 MAC 規範，使其支持 10Gb/s 的傳輸速率。除此之外，通過 WAN 界面子層（WIS：WAN interface sublayer），10千兆位以太網也能被調整為較低的傳輸速率，如 9.584640 Gb/s （OC-192），這就允許10千兆位以太網設備與同步光纖網絡（SONET） STS -192c 傳輸格式相兼容。

· 10GBASE-SR 和 10GBASE-SW 主要支持短波（850 nm）多模光纖（MMF），光纖距離為 2m 到 300 m 。

10GBASE-SR 主要支持“暗光纖”（dark fiber），暗光纖是指沒有光傳播並且不與任何設備連接的光纖。

10GBASE-SW 主要用於連接 SONET 設備，它應用於遠程數據通信。

· 10GBASE-LR 和 10GBASE-LW 主要支持長波（1310nm）單模光纖（SMF），光纖距離為 2m 到 10km （約32808英尺）。

10GBASE-LW 主要用來連接 SONET 設備時，

10GBASE-LR 則用來支持“暗光纖”（dark fiber）。

· 10GBASE-ER 和 10GBASE-EW 主要支持超長波（1550nm）單模光纖（SMF），光纖距離為 2m 到 40km （約131233英尺）。

10GBASE-EW 主要用來連接 SONET 設備，

10GBASE-ER 則用來支持“暗光纖”（dark fiber）。

· 10GBASE-LX4 採用波分複用技術，在單對光纜上以四倍光波長髮送信號。系統運行在 1310nm 的多模或單模暗光纖方式下。該系統的設計目標是針對於 2m 到 300 m 的多模光纖模式或 2m 到 10km 的單模光纖模式。

△ 以太網的連接

未來網絡發展的趨勢