光线局域网向高宽带的迁移

南京邮电学院光信息技术系　杨万春

　　本文将就以太网在向高速宽带迁移时技术方面，的演进以及简略地介绍有关WDM和局域网相结合的问题。

　　光线局域网向高宽带的迁移

　　一、千兆位以太网出现的背景　

　　以太网技术是当今应用最为广泛的网络技术，然而随着网络通信流量的不断增加，传统10兆以太网在客户／服务器计算环境中已很不适应。通信的拥塞推进了对高速网络的需求。

　　在当今现有的高速局域网技术中，快速以太网或称100BASE一T已成为首选。快速以太网建立在广泛接受的10BASE一丁以太网基础之上，提供向100兆bps的平滑、连续性的网络升级。然而为服务器和台式机提供100BASE－T速率的发展，又显然产生了对主干网和服务器更高网络速率的要求。这种更高速率的技术应能提供平滑的升级方式，具有较好的性能价格比。从目前的发展看，最合适的解决方案是千兆以太网。千兆以太网可以为园区网络提供1GbpS的通信带宽，而且具有以太网简易性；以及和其它类似速率的通信技术比较价格低廉的特点。千兆以太网在当前以太网基础之上平滑过渡，综合平衡了现有的端点工作站、管理工具和培训基础等各种因素。

　　千兆以太网采用同样的CSMA／CD协议，同样的帧格式和同样的帧长。对于广大的网络用户来说，这就意味着现有的投资可以在合理的初始开销上延续到千兆以太网，不需要对技术支持人员和用户做重新培训，不需要作另外的协议和中间件的投资。结果是用户较低的总体开销。

　　由于上述特点和对全双工操作的支持，千兆以太网将成为10／100BASE一丁交换器、连接高性能服务器的理想主干网互联技术，成为需要未来高于100BASE一T带宽的台式计算机升级的理想技术。

　　二、千兆位以太网技术

　　1．千兆位以太网物理层

　　与以太网和快速以太网～样，千兆位以太网（Gigabit Ethernet）只定义了物理层和介质访问控制子层。实际上，物理层是千兆位以太网的关键组成，在IEEE802.3z中定义了三种传输介质：多模光纤、单模光纤、同轴电缆。IEEE802.3ab则定义了非屏蔽双绞线介质。除了以上几种传输介质外，还有一种多厂商定义的标准1000Base－LH，它也是一种光纤标准，传输距离最长可达到100公里。

　　千兆位以太网物理层的另外一个特点就是采用8B／10B编码方式，这与光纤通道技术相同，由此带来的好处是，网络设备厂商可以采用已有的8B／10B编码／解码芯片，这无疑会缩短产品的开发周期，并且降低成本。

　　2．千兆位以太网的特性

　　由以太网所支持的简易网络升级，以及对新应用和数据类型处理的灵活性、网络的可伸缩性，使得千兆以太网成为高速、高带宽网络的战略性选择。它主要具有以下几个特性：

·简便，直接性的高性能升级，而且无网络崩溃危险

·总体性的低开销，包括购置和维护开销

·可支持新应用和新数据类型的能力

·网络设计的灵活性

·仍然不能保证服务质量

　　下面分别从这几个方面详细加以阐述。

　　（1）简便，直接性的高性能升级，而且无网络崩溃危险

　　网络管理员所面临的一个重要问题是如何获得更高网络带宽，而不至于使现存的网络瘫痪。千兆以太网采用和以前的10兆、100兆以太网相同的格式，执行同样功能。这样，向更高速度网络发展时，升级就成为直接性的和增加性的。所有的三种以太网都采用同样的IEEE 802.3帧格式，同样的双工操作和流控机制。单工操作模式中，千兆以太网采用同样的基本CSMA／CD访问方式解决共享介质的冲突问题。而且千兆以太网使用同样的、由IEEE802.3小组定义的管理对象。千兆以太网还是以太网，只是更快。

·以太网帧格式

　　使用局域网交换器或路由器将现有的低速以太网设备和千兆以太网设备连接很简单；利用同样的线路速率互联即可。千兆以太网使用同样的变量长度由于所有的以太网的帧格式和长度都相同，没有必要作网络的其它变动。这种革命性的网络升级途径使得千兆以太网可以"无缝"融入现存的以太网和快速以太网之中。

　　作为对比，其它的高速网络技术使用完全不同的帧格式。举例说，ATM采用定长的数据信元。ATM和以太网、快速以太网连接时，交换器或路由器必须作ATM信元和以太网帧之间的转换。

·全双工和半双工操作

　　按IEEE 802.3X的规定，通过全双工、交换方式连接的两个节点可同时发送、接收数据包。千兆以太网在双工操作模式中延续同样的标准。而且千兆以太网采用标难以太网的流控方法避免网络拥塞和超载。在单工操作模式中，千兆以太网也采用同样的CSMA／CD基本访问方法，解决共享介质的访问冲突问题。

　　在千兆以太网增强了CSMA／CD的功能，以使千兆以太网在保持千兆位率的条件下仍能维持200米的网络访问距离。如没有这种功能增强，发送工作站在传送最小的以太网包时，可能在检测到冲突之前就已完成了传输，从而疏漏了这种由冲突产生的传输错误。这就会使CSMA／CD无法正常操作。为了解决上述问题，CSMA／CD的最小载波时间和以太网"槽"时间都加大了，从目前的64字节扩展到新的512字节（请注意最小的64字节包长度末受影响）。小于512字节的包加上额外载波扩充。大于512字节的包则不作扩充。因为这些修改可能影响传输小包的性能，所以在CDMS／CD算法中加入了新机制以作弥补。新机制称为包突发（packet bursting）。包突发机制使服务器、交换器和其它网络设备发送小包，以充分利用网络带宽。

　　以双工方式操作的设备（交换器和其它缓冲型的转发设备）不作载波扩充，"槽"时间扩充和包突发修改。全双工设备仍将继续使用常规的以太网96位帧间隔（IFG）和64位的最小包长度。

　　（2）对新型应用和数据类型的支持

　　INTRANET了应用的出现预示着新数据类型发展。包括视频和音频。在过去，人们认为视频需要一种新的、专为多媒体设计的技术，但是如今由于下列因素，将数据和视频综合在以太网上已经成为可能。

· 快速以太网和千兆以太网所增大的网络带宽，和由局域网交换所增强的性能。

·新型协议的出现，诸如提供资源预留功能的资源预留协议（RSVP）

·新标准的出现，如802.1Q和802.1P，它们可支持虚拟网络（VLAN）和网络中传输数据包的优先级功能。

·广泛传播的先进视频压缩技术，如 MPEG－2。

　　这些技术和协议综合，使千兆以太网成为视频和多媒体通信的极其诱人的解决方案。

　　（3）灵活的网络互联和网络设计

　　网络管理员当今面临着无数个网络互联的选择，和网络设计的各种解决方案。这些抉择包括各种路由和交换网络，包括建立规模不断增长的内部网络。基于带宽要求和经费情况，以太网可为共享式的（使用中继器）或交换式的网络。然而高速网络的抉择应当不受互联方式和网络拓扑的限制。

　　千兆以太网可以是交换、路由和共享式的。所有当今的网络互联技术，包括正在发展的如IP相关技术和第三层交换技术和千兆以太网都是兼容的，这和以太网和快速以太网的情况相同。

　　（4）仍然不能保证服务质量（QOS）

　　千兆以太网提供高速连接能力，但本身不提供完整的服务功能如服务质量（QOS），自动冗余容错，或式高层寻径功能。这些功能在其它开放标准中定义。如同所有的以太网描述，千兆以太网定义OSI协议模型的数据链路层（第二层），TCP和IP分别在传送层（第四层）和网络层（第三层）部分中定义，允许在应用之间的可靠通信服务。QOS等问题在最初的千兆以太网描述中未曾涉及，但是必须由此类标准的几种中加以定义。

　　二．基于WDM的局域网概况

　　基于WDM的局域网采用多通道技术，使局域网站点能工作在1～10Gbit/s，而且站点在发送数据的同时也能接收数据。目前其网络拓扑结构主要为星形结构。主要器件为星形耦合器。可调光发送接收机和配置器。其关键技术为WDM媒体接入控制技术。

　　由于一般在终端只有一个可调的光发送接收机，所以当在同一时刻有两个以上的站点向同一节点发送数据时，势必引起冲突。且由于波长有限，当站点数大于可用波长数时，这就需要对波长进行动态分配。

　　对于WDM局域网来说，可以是环形.总线和星形。目前人们主要研究的热点为星形拓扑结构。它的结构相对比较简单，由星形耦合器构成一个广播选择网。如图1所示。配置器上使用固定的光发送接收机，利用控制信道λC来接收广播信令消息，用来控制站点的发送和接收，以及为每一个提出申请的站点分配波长。配置器的操作主要在电域里进行。各个站点都配有可调的数据光接收机和固定的信令信道光发送接收机，分别用来接收和发送数据和信令消息。

　　三．结束语

　　光纤局域网技术还在不断向前发展，在将来，据我本人的看法，局域网的技术有可能更广泛地应用在接入网中，为一些住宅小区提供宽带接入，同时小区内的居民又可实现资源共享。目前，在物理层上人们不但提出了采用WDM，而且近年来有关采用OCDMA技术的局域网研究也越来越热。

摘自《电子周刊》