10G以太网技术及其应用前景

2002年6月IEEE标准协会批准了10G以太网的正式标准。此标准的全名是"10Gbit/s工作的媒体接入控制参数、物理层和管理参数"。

对10G以太网标准的制订起到了很大的推动作用的另一个组织是10G以太网联盟(10GEA)。10GEA由网络界的著名企业创建，现已有一百多家企业参加，中国的著名通信产品制造商中兴和华为都是其成员。

值得注意的是，随着以太网速率的不断提高，以太网的工作距离也随之增大。现在10G以太网的工作距离已经增大到40km。因此以太网不仅在局域网中占据了绝对优势，而且最近还进入了城域网和广域网的范围。

一、10G以太网的主要特点

10G以太网最主要的特点有：

*　保留802.3以太网的帧格式；

*　保留802.3以太网的最大帧长和最小帧长；

*　只使用全双工工作方式，完全改变了传统以太网的半双工的广播工作方式；

*　只使用光纤作为传输媒体而不使用铜线；

*　使用点对点链路，支持星形结构的局域网；

*　10G以太网数据率非常高，不直接和端用户相连；

*　创造了新的光物理媒体相关(PMD)子层。

二、10G以太网的物理层

10G以太网的媒体访问控制(MAC)子层较简单，因此这里只介绍一下10G以太网的物理层[1-5]。10G以太网有两种不同的物理层：

*　局域网物理层

*　广域网物理层(可选)

这两种物理层的数据率并不一样。局域网物理层使用简单的编码机制在暗光纤(Dark fiber)和暗波长(Dark wavelength)上传送数据。而广域网物理层则需要增加一个SONET/SDH组帧子层，以便利用SONET/SDH作为第1层来传送数据。

10G以太网的物理层共有2个接口和4(或5)个子层。这些接口和子层的主要功能如下：

(1)协调子层(RS)用来将MAC子层的术语和10G媒体无关接口(XGMII)的术语进行转换。

(2)10G媒体无关接口(XGMII，这里的"x"在罗马数字中表示10)用来使10G以太网下面不同的几个物理层对上面的MAC子层透明。在IEEE 802.3ae标准中定义的XGMII由4个并行的数据通道组成，每个通道宽度为一个字节，其数据速率为312.5 Mbit/s，因此总的数据速率为4×8×312.5=10000Mbit/s，正好是lOGbit/s。

(3)物理编码子层(PCS)是802.3ae物理层的一个子层，用来对数据进行编码(在发送数据时)和解码(当接收数据时)。

(4)物理媒体连接(PMA)子层是802.3ae物理层的一个子层，向PCS子层提供与媒体无关的方法，以支持使用面向串行比特的物理媒体。

(5)物理媒体相关(PMD)子层是802.3ae物理层的一个子层，定义物理层信令和媒体相关接口(MDI)，以及所支持的媒体类型。需要指出的是，PMD子层是光信号子层，其主要功能是进行光信号的发送和接收。而PMD以上的各层都是使用电信号。

(6)广域网接口子层(WIS)是802.3ae物理层的一个子层，仅在广域网物理层中使用，它处在PCS子层和PMA子层之间。广域网接口子层的作用就是进行SONET/SDH组帧。

(7)媒体相关接口(MDI)用来将PMD子层和物理层的光缆相连接。

三、10G以太网使用的几种光纤媒体

10G以太网能够使用多种光纤媒体。这些光纤媒体的型号具体表示方法为：IOGBASE-[媒体类型][编码方案][波长数]，或更加具体些[1,3]表示为：IOGBASE-[E/L/S][R/W/X][4]。

在光纤媒体表示方法的媒体类型中，s为短波长(850nm)，用于多模光纤在短距离(约为35m)传送数据；L为长波长(1310nm)，用于在校园网的建筑物之间或大厦的楼层间进行数据传输，当使用单模光纤时可支持10 km 的传输距离，而在使用多模光纤时，传输距离为300m；E为特长波长(1550nm)，用于广域网或城域网中的数据传送，当使用1550nm波长的单模光纤时，传输距离可达40km。

在光纤媒体的表示方法的编码方案中，x为局域网物理层中的8B/1OB编码，R为局域网物理层中的64B/66B编码，w为广域网物理层中的64B/66B编码(简化的SONET/SDH封装)。

最后的波长数可以为4，使用的是宽波分复用(WWDM)。在进行短距离传输时，WWDM要比密集波分复用(DWDM)便宜得多。如果不使用波分复用，则波长数就是1，并且可将其省略。

例如：10GBASE-LX4表示使用1310nm波长的光纤，在局域网物理层中使用8B/10B编码，共有4个波长；IOGBASE-EW则表示使用1550nm波长的光纤，在广域网物理层中使用64B/66B编码，并且只采用一个波长串行传输。

四、10G以太网的应用前景

由于10千兆以太网的出现，以太网的工作范围已经从局域网(校园网、企业网)扩大到城域网和广域网，从而实现了端到端的以太网传输。这种工作方式有以下一些好处：以太网是一种经过证明的成熟技术，无论是因特网服务提供者(ISP)还是端用户都很愿意使用以太网；以太网的互操作性也很好，不同厂商生产的以太网都能可靠地互操作；在广域网中使用以太网时，其价格大约只有SONET的五分之一和ATM的十分之一；以太网能够适应多种的传输媒体，如铜缆、双绞线以及各种光缆，使具有不同传输媒体的用户在进行通信时不必重新布线；端到端的以太网连接方式使帧的格式全都是以太网的格式，而不需要再进行帧的格式转换，简化了操作和管理。但是，以太网和现有的其他网络，如帧中继或ATM网络，仍然需要有相应的接口才能进行互连。

目前在城域网的应用中，10G以太网有着特殊的意义。由于广域网广泛地使用了DWDM技术，因此因特网主干网的带宽已成倍地增长。但作为企业网或校园网到主干网之间的衔接网络，城域网的发展却有些滞后。这是因为现在的城域网基本上是使用SONET/SDH和ATM技术，其价格相当昂贵。这就使得城域网在许多情况下成为用户接入到因特网的"瓶颈"。于是有了"主干网供过于求"(Backbone glut)的说法，表现为因特网的许多主干网的利用率相当低。当10G以太网用于城域网时，无论是因特网服务提供者或是因特网用户，都能够在经济上得到明显的好处。单模光纤的10G以太网可将数据传送40km，这对城域网很合适。

五、结束语

回顾过去的历史，我们看到10Mbit/s以太网最终淘汰了速率比它快60％的16Mbit/s的令牌环，100Mbit/s的快速以太网也使得曾经最快的光纤数字数据接口(FDDI)变成为了历史。吉比特以太网和10G以太网的问世，使以太网的市场占有率进一得到提高，使得ATM在城域网和广域网中的地位受到更加严峻的挑战。

总之，以太网经受了时间的考验，已成为使用最为广泛的网络，它已不仅仅被应用局域网，而且也被应用于城域网和广域网。

10G以太网是IEEE 802.3标准在速率和距离方面的自然演进。10G以太网将以太网的已被证明的价值和经济性扩展到了城域网和广域网。由于10G以太网可提供潜在的最低成本、直接演进而来的性能、已被证明的互操作性、熟悉的网络管理性能，因此10G以太网的发展前景被看好。