千兆以太技术领导带宽革命

本刊记者 爵也

　　光纤中使用千兆位以太网已经成为标准做法，而最近已经将千兆位以太网用于第5类UTP电缆作为在铜线上传输的1000Base-T千兆位以太网。IT管理人员们已经看到了在网络骨干和数据中心使用千兆位速度的好处。今天，采用1000Base-T，利用标准第5类电缆连接就可以在更多的网络中使用千兆位速度。

速度需求提升带宽要求

　　高性能台式机和服务器处理器的激增已经影响了很多局域网管理人员，使他们将其数据中心和服务器链路从以太网升级到快速以太网和千兆位以太网上。推动这一激增的是高速互联网接入、需要大量带宽的应用、丰富的新的数据种类——如多媒体、IP话音（VoIP）等——的迅速增长。因为最近已经证明了铜线上可以传输千兆位以太网，基于铜线的千兆以太网已经站稳了脚跟，因此网络厂商将继续用新的和更先进的产品来支持千兆以太网。

　　服务器瓶颈：由于一些强大的应用——如电子商务、医疗成像和数据仓库等——所提出的要求越来越高，与过去相比，现在的服务器设计要求能处理更大的文件并更快地传输数据。例如：目前英特尔服务器结构中的32位PCI总线已经能以数百兆每秒的速度输出数据，而新的PCI-X总线结构具有高达133MHz的PCI总线速度，它将能处理千兆位以太网。

　　如果网络及其服务器连接能够支持相应水平的性能，这些能力将是很有用的。为了防止关键任务服务器发生瓶颈，需要千兆位网卡。事实上，今天的大多数高性能局域网的购买和布署都是由服务器瓶颈和给网络添加新的服务器而推动的。

　　使用100Mbps台式机的用户增多：随着20世纪90年代后5年中快速以太网技术的进展，很多企业在这方面的兴趣日增：给老式计算机提供10Mbps网络支持，并同时用100Mbps连接来支持新的更强大的工作站。为了综合这一能力，很多网络管理人员采用了一种“面向未来”的网络策略，对各种新的扩展要求,采用了能支持10/100Mbps的网卡和设备。

　　今天，大多数10/100Mbps组件的成本与单一10Mbps设备差不多，并且在新的电脑中，10/100Mbps已经成为标准。

　　随着公司的发展以及为了对与互联网有关的机会作出响应而迅速建设基础设施，将给现有网络增加越来越多的用户。并且，因为需要在台式机上支持需要大量带宽的应用和互联网通信，毫不奇怪，运行快速以太网的用户数量也在迅速增长。这是如何影响千兆位以太网的使用的呢？台式机具有100Mbps带宽，那么服务器和诸如交换机堆叠等集合点所要求的带宽就更高。

　　应用范例的变化：除了网络用户数量增长外，人们完成工作的方式也发生了变化。几年以前，人们主要依靠网络来提高生产率，如文件和打印。大约80%的网络活动发生在局域网部分，而20%的网络活动发生在广域网上。

　　随着企业内部网、诸如电子日程安排等工作组应用以及主机接续等的出现，这方面也发生了巨大的变迁。IT管理人员们已经重新设计了LAN/WAN来满足这一变化，现在，50%的网络通信业务是本地的，而另50%则在广域网上传输。新的集中式的数据中心模型意味着信息经常在租用线路或互联网上传输以便到达远处的办事处等。在将这一通信业务在WAN上传输以前，必须使用大带宽千兆位设备将这一通信业务量集中起来。

　　在何处部署千兆位以太网：随着越来越多的台式机和工作组升级为快速以太网，网络骨干上的集中通信业务量将明显增长。要应对这一通信量,所有新的骨干交换机必须支持千兆位以太网上行链路。千兆以太网交换机及骨干可用于连接高交易服务器和边缘交换机，这些交换机汇集快速以太网工作组。处理汇集交换机和上行链外，还需要千兆以太网网卡。

　　在普通情况下，向更高速度的升迁可能分以下几个阶段进行：第一阶段——高性能千兆交换机汇集骨干通信业务。第二阶段——利用交换机到交换机的连接，千兆以太网在网络骨干中被交换和路由传输。第三阶段——利用千兆交换机来部署更宽的服务器到交换机带宽，以支持千兆以太网网卡，将服务器连接提高到1000Mbps。第四阶段——在因为正常消耗而更换电脑时，将规定使用10/100或10/100/1000网络接口。将更换老式交换机，以便有选择地将快速或千兆以太网用到台式机上。对于运行需要大量带宽的应用程序的高性能工作站，千兆位以太网将成为标准配置。

千兆位以太网的发展

　　千兆位以太网建立在IT管理人员们已经熟悉并在使用的以太网标准基础上。以太网是20世纪70年代所定义的网络结构之一，现在以太网已经在全世界得到了广泛应用。以太网技术规范是由Digital、英特尔和施乐公司联合开发的，从第一次采用以来，在性能、可靠性和建设的网络设施数量的不断增长等方面，已经证明了这一网络技术。

　　千兆位的优势：千兆位以太网建立在这些业经证明的质量上，但它的速度比普通以太网快100倍、比快速以太网快10倍。千兆位以太网的主要优点包括：增大了带宽来获得更高的性能，并且消除了瓶颈。广泛的部署能力，使用1000Base-T的第5类铜线电缆上的千兆位技术，不需要重新布线。

　　标准演变：千兆以太网是为了响应业界要求随技术进化而产生的。它是10Mbps以太网联网标准10Base-T和100Mbps快速以太网标准100Base-TX和100Base-FX等的扩展。导致以太网长盛不衰的两个优点是其低成本和实现方便。除了以经济的价格提供高速接接和支持各种传输介质外，以太网标准还支持庞大的和越来越多种类的局域网应用，它还能方便地从10Mbps伸缩到具有100Mbps速度和1000Mbps吞吐率的系统。

1998年6月，IEEE批准了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IEEE802.3z。广泛支持光纤实现方案。随着802.3z的被批准，公司可以依赖众所周知的基于标准的方法来改善拥挤地区的通信业务流量，而不需要被迫升级到未经验证的或非标准化的技术。

　　1999年6月，IEEE进一步标准化了802.3ab铜线传输千兆位以太网（1000Base-T），允许在第5类电缆（CAT-5）上传输1Gb的速度。因为在已经安装的电缆设施中，CAT-5占有很大比例，升级到千兆位以太网过去并不容易。现在，很多企业可以用千兆位以太网来替换网卡，并能更加全面地升级到更高的速度，而不需要被迫对基础设施进行重新布线。

　　兼容性与支持：千兆位以太网与大量安装的以太网和快速以太网节点完全兼容，它利用了原以太网标准规定的所有同样技术规范，其中包括：CSMA/CD协议、以太网帧或“数据包”格式、全双工、流量控制、IEEE802.3标准中所定义的管理对象。

　　因为它是以太网标准大全中的一个组成部分，千兆位以太网也支持流量管理技术，它保证在以太网上的服务质量，这些技术包括：IEEE802.1P第2层优先级、第三层优先级的ToS编码位、特别服务、资源预留协议（RSVP）等。

　　千兆以太网也利用了802.1QVLAN（虚拟局域网）支持、第4层过滤、千兆位速度的第3层交换。另外，利用链路汇集，通过将几个千兆交换机端口或千兆服务器网卡结合在一起，可以实现多个千兆位速度。

　　10/100/1000Mbps轻松移植：在寻求改善性能的方法时，IT管理人员们需要知道升级到一种新技术将如何影响当前网络。他们也需要知道新东西的总体拥有成本（TCO）。总拥有成本计算中的一个关键因素是决定是否能保护公司在现有设备和人员培训方面的投资。

　　因为千兆以太网是建立在以太网技术基础上的，它的升级道路与大家熟知的从10Mbps升级到100Mbps的升级道路一致。现有以太网和快速以太网设备与千兆以太网兼容。而且，IT人员已经非常熟悉以太网标准。结果，能够获得性能优势，同时还能利用公司在基础设施和培训方面的现有投资。可以避免昂贵的协议、硬件和电缆连接变化等，将对网络的各种破坏将减少到最低程度。 ■

摘自《互联网世界》2002.3期