跨千兆越万兆 十万兆以太网离你有多远?

　    IEEE旗下的一个特别研究组在近期确定了下一代以太网技术的发展方向，100Gbps以太网将比目前最快的10Gbps以太网速度快10倍。此消息一出，群情振奋者有之，怀疑观望者亦有之，以太网发展已经历以太网（10Mbps）、快速以太网（100Mbps）、千兆以太网和10G以太网4个阶段，100Gbps（十万兆）以太网到底离我们有多远呢？大家知道，从计算机与网络诞生的那一刻起，其对速度的追求就从未停息过。802.3标准家族是以太网最为核心的内容所系，在高速以太网中，目前应用最主流的还是千兆标准。1998年7月，千兆以太网标准802.3z发布，光纤千兆位以太网标准（LX和SX）和短距离铜线传输千兆位以太网标准（CX），即IEEE 802.3z广泛支持光纤实现方案。1999年，802.3ab定义的在5类线的基础上运行千兆以太网的物理层1000BASE-T标准面世，1000BASE-T可五类线上提供1000Mbps的传输带宽。   

　　◆ 802.3ae万兆光纤标准   

　　10G以太网标准中有3种类型：①IEEE 802.3ae，定义了在光纤上传输10G以太网的标准，传输距离从300米到40公里。②IEEE 802.3ak，定义了在对称铜缆上运行10G以太网的标准，传输距离小于15米，适用于数据中心内部服务器之间的连接应用。③IEEE 802.3an，定义了基于双绞线作为媒质的10G以太网标准，希望传输距离至少达到100米，该标准今年已被正式通过。

　　802.3ae在2002年6月通过，即10Gbit/s以太网，又称万兆以太网，它包括了10GBASE-R、10GBASE-W、10GBASE-LX4三种物理接口标准。10G以太网的优点在于保留了802.3以太网媒体访问控制（MAC）协议，保持以太网的帧格式不变。只工作在全双工模式；增加了广域网接口子层（WIS），可实现与SDH的无缝连接。   

　　在物理层，802.3ae大体上可以分为两种类型，一种是与传统以太网连接速率为10Gbps的局域网PHY，另一种为连接SDH/SONET速率为9.58464Gbps的WAN PHY。在数据链路层，802.3ae继承了802.3以太网的帧格式及最大/最小帧长度，支持多层星型连接、点到点连接及上述拓扑的组合，充分保证已有应用的兼容性。   

　　10GBASE-SR、10GBASE-LR和10GBASE-ER的物理编码子层（PCS）使用了效率较高的64B/66B编码，在线路上传输的速率是10.3Gb/s。10GBASE-SR使用850nm的激光器，在多模光纤上的传输距离是300米；10GBASE-LR和10GBASE-ER分别使用1310nm和1550nm的激光器，在单模光纤上的传输距离分别是10公里和40公里，适用于城域范围内的传输，是目前的主流应用。

　　◆ 802.3ak/an万兆铜缆标准   

　　万兆铜缆的标准有两个，即IEEE 802.3ak（即10GBase-CX4标准）和IEEE 802.3an（10GBase-T）。802.3ak是在同轴铜缆上实现万兆以太网传输，已于2004年3月获得了批准，但传输距离被限制在15米之内。802.3an是在双绞线铜缆上实现万兆以太网，同样有屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线之分。这两种铜缆标准中，更值得关注的当然是802.3an。

　　10GBase-T让6类双绞线涅磐

　　2003年11月，IEEE成立了IEEE 802.3an工作组，它的任务是对新型物理层（PHY）进行技术开发，PHY定义的操作传输速度为万兆位/秒，该操作的全双工通道以八芯布线为基础，而且每条线对同时在两个方向的传输速度都可以达到205千兆位/秒。2004年7月发布了IEEE 802.3an的第一份草案，它为标准提供了路线图及目标。10GBase-T的目标是：10位误差率（BER）；在100米长的F级布线（7类）上数据传输速度达到万兆位/秒；在55到100米长的E级布线（6类）上数据传输速度到达万兆位/秒。   

　　要想6类布线支持10GBase-T所遇到的主要挑战是“外部串扰”，即由邻近干扰电缆中的线会对其它电缆造成数据干扰。TIA 568-B.2-10的目前工作副本描述了新的增强型6类UTP布线，用以支持10GBase-T并使传输距离达到100米。测试表明，10G以太网需要至少500MHz的线性传输性能，大多数的增强五类电缆只有150MHz或250MHz。六类虽没有被强制其性能达到500MHz，但对于高带宽传输是更好的媒质，许多制造商提供的六类电缆标称600MHz，已可达到10GBase-T所能提供的更高的性能。

　　在几经波折后，2006年7月IEEE 10GBase-T万兆以太网标准正式获得了通过。新颁布的IEEE 802.3an 110GBase-T标准详细列明了在4对双绞线上传输10Gb/s数据的各项指标，用户选择这类产品有了依据。  

　　◆ 万兆布线时代已到来

　　万兆以太网采用了IEEE802.3以太网媒体访问控制（MAC）协议、IEEE802.3以太网帧格式，以及IEEE802.3帧的最大和最小尺寸。万兆以太网是以太网在速度和距离方面的进步，采用全双工技术，不需要应用低速的、半双工的CSMA/CD协议。在其他方面，万兆以太网保留了初期以太网模型的精髓，因而可以和现有以太网环境无缝融合，支持客户已有应用。   

　　目前最新的万兆交换机也可全面支持万兆局域网传输标准：10GBASE-R（IEEE 802.3ae）、10GBASE-W（IEEE 802.3ae）、10GBASE-LX4（IEEE 802.3ae）、10GBASE-CX4（IEEE 802.3ak）、10BGASE-T（IEEE 802.3an），五种传输标准在数据链路层以上都相同，差别在于物理层。

　　万兆布线时代已经到来

　　10GBASE-R、10GBASE-CX4、10GBASE-T用于传统的以太网环境，10GBASE-R采用光纤作为传输介质，10GBASE-CX4采用同轴铜缆作为传输介质，10GBASE-T采用双绞线铜缆作为传输介质，而10GBASE-W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。

　　10GBSE-LX4则使用WDM波分复用技术进行数据传输。这些标准可为千兆光纤主干提供了简单的升级途径；也可为以太局域网（LAN）与城域网（MAN）和广域网（WAN）的连接进行准备。万兆位以太网的出现能够满足高速网络的多种关键需求，包括比当前替代技术更低的拥有成本、灵活性，以及与现有以太网网络的互操作性。综合所有这些因素，使得万兆位以太网成为城域网（MAN）的最佳选择。   

　　而今年中期IEEE 802.3an 110GBase-T标准的正式确定，更为万兆网络设备在骨干网络中的普及提供了更好的解决方案。毫无疑问，标准的步步确定，将一扫10G市场发展所受到的抑制，10Gb/s网络在未来5-10年成为网络设备供应商最为着重的领域，全新的10G布线时代已到来。

　　◆ 十万兆虎视眈眈   

　　10G肯定不是网络速度拓展的终点，2006年11月，IEEE 802.3高速研究小组在达拉斯会议上开始投票表决支持100Gbps（十万兆）高速以太网的标准化制定工作。   

　　在下一代超万兆标准的竟争中，40G、80G、100G、120G等标准都获得了一些厂商的支持。比如思科就认为以太网的下一目标也许是40G，因为开发40G以太网的技术难度比开发100G以太网要小一些。思科的旗舰企业交换机产品线Catalyst 6500系列采用最新推出的Supervisor Engine 720已经可以支持每接口卡40Gb/s。思科还为带Supervisor Engine 720的6500开发了单口40Gb/s模块。而且Catalyst 6500平台的每模块40Gb/s容量可以翻一番，只是提速时机将视客户需要而定。

　　思科的SE20 40Gb/s模块

　　但目前来看，100Gbps的数据传输标准更被看好，其在IEEE会议中获得了75%的支持，100G更符合以太网速度十倍式跳跃发展的传统思维。现正在实验室试验100Gbps的以太网技术，因为朗讯、Infinera等厂商在100Gbps系统上的实际进展而鼓舞。   

　　去年，朗讯贝尔实验室在ECOC上首次报道了100Gbps光以太网信号传输试验，这次试验被称为是向着100Gbps数据传输发展的一个里程碑。贝尔实验室负责人表示这次的实验突破了目前传输速率的限制，为了达到100G传输他们采用了两项最新的技术——其一是双二进制信号编码，利用正，负和零三种电平来代表一个二进制信号，这种信号方式比传统的NRZ码性需要更少的带宽；其二是单芯片光均衡器技术。

　　新型以太网速度将达100Gbps

　　除了朗讯，在超级计算2006大会SC06上，Finisar、Infinera等业界领先机构成功展示基于10Gbps波长的100G以太网技术是可以在现有光网络中实现的。该实验系统成功实现从佛罗里达Tampa传送100Gbps信号到德州休斯敦再回到Tampa的传输，基于10个10Gbps波长信道，利用Level3现有的网络。这是100Gbps信号首次在实际网络中传输。    

　　2006年9月，朗讯科技贝尔实验室又在ECOC2006上宣布实现2000公里的107GbpsX10的光传输，朗讯同时表示2000公里的传输距离已经可以满足100Gbps系统的绝大多数商业应用，证明了100Gbps以太网是一种可以实用的技术。    

　　“很多人看好的40Gbps以太网很难成为100Gbps以太网的竞争对手，而120Gbps的提议更值得重视”。从10G以太网向100G以太网的平滑升级需要标准制定者和系统设计技术者的紧密合作，未来数年后，以太网络可肯定将迈入十万兆时代。虽然根据以往的开发经验，标准100Gbps以太网产品可能要等到2009年底或2010年初的时候才能完成研究。

　　◆ 总结：千兆万兆主流，十万兆5年后   

　　虽然随着系统密度不断增高，用10G以太网作上行连接的效率正在下降，导致网络的瓶颈产生，100G以太网技术是解决这个问题的有效手段。但从目前的技术发展趋势来看，随着现在桌面用户对于速度提升的要求，千兆到桌面将很快得以实现普及。   

　　未来5年内，10G+1000M（1000BASE-T可以继续使用现有的线缆设施，在5类线上的传输距离最远可达100米）组成的混合网络将成为以太网应用的绝对主流，而且千兆以太网向桌面的普及将大大助长服务器和企业干线对万兆以太网的需求，对于相对于现在的百兆+千兆网络，万兆+千兆网络价格和较低的投入都有很大的吸引力。在城域网乃至局域网中实施的10G+1000M（万兆+千兆）以太网将把以太网的速度和成本优势与光网络的传输距离和可靠性完美结合起来。   

　　而100Gbps（十万兆）网络亦并非遥不可及，乐观估计十万兆在3-5年后便能正式走进商用骨干网络，并最终改变家庭网络应用方式。