详解万兆以太网

2002年6月12日，随着万兆以太网标准的正式颁布，以太网又迈上了一个新台阶。 万兆以太网技术具备简单、可靠的特点，具有更高带宽，同时能应用到局域、城域和广域范围。

展望未来，万兆以太网将成为网络世界的主宰。

万兆标准 光纤铜线

万兆以太网是以太网世界的最新技术，它不仅速度比千兆以太网提高了十倍，在应用范围上也得到了更多的扩展。万兆以太网不仅适合所有传统局域网的应用场合，更能延伸到传统以太网技术受到限制的城域网和广域网范围。万兆以太网能和DWDM传输网无缝兼容，将以太网通信延伸到没有距离限制的全球范围。

在万兆以太网标准化过程中，IEEE和10GEA（万兆以太网联盟）是两个最重要的组织。IEEE是负责制定万兆以太网标准的机构，已在2002年6月发布了万兆以太网标准IEEE 802.3ae。10GEA则是由业界领先的设备厂商组成的行业技术联盟，致力于万兆以太网的标准化和互操作性，以及推动万兆以太网在全球的应用等方面的工作。

IEEE 802.3ae万兆以太网标准主要包括以下内容：兼容802.3标准中定义的最小和最大以太网帧长度；仅支持全双工方式；使用点对点链路和结构化布线组建星形物理结构的局域网；支持802.3ad链路汇聚协议；在MAC/PLS服务接口上实现10Gbps的速度；定义两种PHY(物理层规范)，即局域网PHY和广域网PHY；定义将MAC/PLS的数据传送速率对应到广域网 PHY数据传送速率的适配机制；定义支持特定物理介质相关接口（PMD）的物理层规范，包括多模光纤和单模光纤以及相应传送距离；支持ISO/IEC 11801第二版中定义的光纤介质类型等等。

万兆以太网的四种物理层PHY类型包括Serial LAN PHY、Serial WAN PHY、4-Lane LAN PHY与4-Lane WAN PHY以及万兆以太网介质关联层（PMD）接口类型。上表列举了万兆以太网PHY、PMD与光纤类型和最大传输距离的关系。使用850nm新型的高带多模光纤（HDMMF），可以支持到最远300米的传输长度。

IEEE在制定802.3ae后，现正在着手万兆以太网在铜线上传送标准的研究和制定。2002年11月成立了两个研究铜线万兆以太网的组织，一个组织研究在Cat5e或Cat6双绞线上的10GBaseT；另一个组织正在研究用4对同轴电缆实现万兆以太网的方法。

负责制定短程铜缆万兆（10GBase-CX4）以太网规范的IEEE 802.3ak工程任务组，目前已进入到草案4.2版的审议工作，下一步的草案版本将变成5.0，然后将进入投票阶段。IEEE预计802.3ak标准明年有望颁布实施。802.3ak标准一旦确立，企业和服务商将可拥有昂贵的光纤万兆以太网的替代技术。 　　现在有一些芯片厂商和交换机厂商正在研发铜线万兆以太网的产品，如Solarflare通信公司和Broadcom公司等芯片厂商正在开发基于铜线的万兆以太网芯片，一些厂商计划在今年年底之前推出基于铜线的万兆以太网模块。

万兆产品 辨明种类

随着万兆以太网标准的制定，市场上出现了许多支持万兆以太网的产品。从其产品体系结构来看，目前的万兆以太网产品可以分为两大种类：一种是万兆以太网交换模块；另一种是真正的万兆以太网交换机/路由器。

万兆以太网接口模块

目前一些万兆以太网产品，是直接在千兆产品上增加万兆以太网模块。由于千兆以太网交换机在体系结构设计、背板带宽、交换能力和ASIC处理能力等方面是根据千兆的要求设计的，当接口速度提高10倍达到万兆时，通常不能很好地胜任，更没有足够的扩展能力以满足未来的网络升级。因此，仅支持万兆以太网模块的千兆以太网交换机还不能称为真正意义上的"万兆以太网交换机"。

万兆以太网交换机/路由器

万兆以太网交换机/路由器在硬件设计中主要有以下特点。

a. 背板带宽

为万兆以太网设计的交换机/路由器，线卡插槽的背板接口带宽至少需要10Gbps，比较理想的设备是能具备不少于40Gbps（双向）的接口带宽以支持单线卡4个万兆以太网接口的密度。同时应当满足在未来线卡端口密度增加时，交换机只需替换线卡而无需替换系统背板的要求。

b. 交换容量

传统的总线式交换方式容量有限，不再被万兆以太网交换机所采用，取而代之的是矩阵式交换。在无阻塞交换结构中，交换容量＝交换矩阵与线卡之间的带宽×线卡插槽数。

c. 高速ASIC芯片

万兆以太网交换机/路由器要高速处理大量的数据帧，因此通常采用分布式包处理体系结构。每张线卡上都有负责包处理、包检索、缓存和队列的ASIC芯片。系统软件支持的ACL、QoS和Multicast等功能都必须通过硬件实现。高速ASIC芯片是从千兆以太网升级到万兆以太网时系统必须重新设计或增强的。

d. 数据包转发能力

数据包转发能力比背板带宽和交换能力更有实际意义，同样还要重视在配置ACL和QoS等服务功能时的处理能力。由于以太网交换机只是对以太网帧的帧头进行分析和处理，相同传送速度时单位时间内要处理小尺寸帧的数量比大尺寸帧的数量更多，在衡量交换机包转发能力时应当采用最小尺寸的包进行评价。

万兆应用 三路出击

万兆以太网技术突破了传统以太网近距离传输的限制。除了应用在局域网及园区网外，也能够方便地应用在城域和广域范围，来构建高性能的网络核心。

宽带IP城域网

万兆以太网设备可以提供高密度万兆、千兆以太网接口为服务提供商和企业用户提供城域网和广域网的连接。万兆以太网在裸光纤上最远可以传送40？80公里，满足城域范围的要求。也可以连接DWDM和SDH/SONET设备实现广域范围的传输。

企业网和校园网

随着企业及校园网络应用的急剧增长，企业及校园的骨干网承受着不断升级的压力，从当初的快速以太网到现在的千兆网络，很快将过渡到万兆网络，为用户提供诸如多媒体业务、数据流内容、SAN等服务。万兆以太网设备具有高带宽、低时延、网络管理简易等特性，非常适用于企业及校园骨干网建设。 　　数据中心和Internet交换中心

数据中心需要汇聚数百计的快速以太网和千兆以太网线路，在用户端，服务器汇聚网络要提供具有L2交换、L3路由的高密度GE/10GE路由器和交换机。万兆以太网设备可满足汇聚网络的需求并为未来网络升级预留了的空间。

超级计算中心

万兆以太网设备提供高密度的端口、线速的交换性能、全面的L2交换和L3路由能力，可充分满足超级计算中心服务器机群内部高性能网络互连的要求，也满足同一计算网络中分布在不同地方的服务器机群之间的连接。