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“应用”万兆以太网
编者按 距6月12日IEEE正式通过万兆以太网标准已近三个月的时间，802.3ae标准的确立无疑将开创以太网的新时代。从现实意义来看，万兆以太网的应用刚刚开始启步。由此，本次关于万兆以太网的探讨，是从其技术特性着手，来关注其现今和将来的应用层面，以客观态度促发冷静思考。
“应用”万兆以太网
1973年施乐公司位于美国硅谷研究中心的学者Robert Metcalfe和David Boggs，研发出了以太网技术。Metcalfe同时提出了有关网络增长重要性的定理，就是大家所知的“Metcalfe定律”，即网络的价值将随着用户的增长成指数增长。现在回头来看，Metcalfe定律成功地得到了验证。
在某种意义上，Metcalfe定律与Moore定律类似。以太网的速度不断提高，从开始的10M、100M至千兆、万兆，而以太网设备的价格则随着大规模的应用和生产而逐渐下调。以太网不仅成为局域网网络技术的主流，随着千兆和万兆技术的成熟，它正逐步延伸至城域网和广域网。
技术篇
万兆以太网技术基本上承袭过去的以太网、快速以太网及千兆以太网技术，因此在用户普及率、使用的方便性、网络的互操作性及简易性上都占有极大的引进优势。在升级到万兆以太网解决方案时，用户不需担心既有的程序或服务是否会受到影响，因此升级的风险是非常低的。这不仅可以从过去以太网一路升级到千兆以太网中得到证明，同时在未来升级到万兆，甚至四万兆（40G），十万兆（100G）都将是一个很明显的优势。
根据万兆以太网标准
IEEE802.3ae，万兆以太网将保留802.3帧格式、保留802.3最小/最大帧长度、局域网/城域网 PHY（物理层）的速率可达万兆，而广域网 PHY的速率为9.29 千兆（可支持SONET/SDH）。万兆以太网与以前以太网技术的不同之处主要表现在以下两点。首先是具有适用于单模光纤的长距离接口（40公里或以上），可用于局域网PHY或广域网络（广域网 PHY）；其次是万兆以太网提供了可选择的广域网 PHY。万兆位以太网只对光纤作用，并只能在全双工模式下操作，这意味着不必使用冲突探测协议。正是由于这些特征，以太网的速度才可达每秒万兆位。
万兆以太网作为新一代宽带技术，在接口类型及应用上提供了更为多样化的选择。局域网-PHY（局域网接口）、城域网-PHY（城域网接口）及广域网-PHY（广域网接口）可以适用于不同的解决方案（如上图所示）。
万兆以太网在局域网/城域网/广域网不同的应用上提供了多样化的接口类型，在局域网方面，针对数据中心或服务器群组的需要，可以提供多模光纤长达300米的支持距离，或针对大楼与大楼间/园区网的需要提供单模光纤长达10公里的支持距离。在城域网方面，可以提供1550nm波长单模光纤长达40公里的支持距离。在广域网方面，更可以提供OC-192C 广域网-PHY，支持长达70公里至100公里的连接。
对于万兆以太网这项新技术而言，万兆位以太网联盟 (10GEA)的作用非常重要。其成立目的是推动基于标准的万兆以太网技术发展，并鼓励使用和实施万兆位以太网作为一个连接多种计算、数据和通信设备的重要网络技术。万兆位以太网联盟主要致力于以下工作。
支持IEEE 802.3工作组在万兆位以太网标准方面的工作；
提供资源以促进技术规范方面的会聚和一致性；
促进业界了解、接受和发展万兆位以太网标准；
加速万兆位以太网产品和服务的采用和使用；
提供资源以建立和论证多厂商协同工作的能力，并鼓励和促进协同工作；
促进万兆位以太网技术和产品的供应商与用户之间的交流。
目前，网络拓扑设计和操作已经随着智能化万兆以太网多层交换机的出现发生了转变。以太网带宽可以从10Mbps 扩大到10Gbps，而不影响智能化网络服务，比如第三层路由和第四层至七层智能，包括服务质量 (QoS)、服务级别 (CoS)、高速缓存、服务器负载均衡、安全性和基于策略的网络功能。由于部署 IEEE 802.3ae 后整个环境的以太网性质相同，因此这些服务可以按线速提供到网络上，而且局域网、城域网和广域网中的所有网络物理基础设施都支持这些服务。
从以前的以太网方案中我们可以看出，随着新技术的发展，10Gbps 通信成本有可能大大降低。与 10Gbps 通信激光器相比，万兆位以太网短链接（在单模上小于 40 公里）将可以使用更低成本的未冷却的光学系统，某些情况下可以使用垂直腔面发射激光器 (VCSEL)，它可能有更低的 PMD 成本。此外，该产业还受到发展迅猛的商业芯片市场的支持，可提供高度集成的硅解决方案。
按照IEEE 802.3ae的要求，万兆以太网可以满足很多关键性的标准，从而可以高效地利用高速网络。
在不导致中断的情况下，方便地从现有的10/100/1000M系统移植到更高的性能等级（增加10倍）；
与目前的同类技术相比，具有更低的整体运营成本；
熟悉的管理工具和功能集；
能够支持新旧类型的应用；
由于技术的灵活性和经过验证的互操作性，可以提供全面的投资保护。
以太网已成为世界上最广泛采用的网络技术，低成本的 IP 服务要求已经向传统网络信条提出了质疑。运营商正在寻求更高容量的解决方案，以求简化网络连接，降低其总成本，进而实现有利可图的服务差异，同时保持高级别的可靠性。进入万兆位以太网时代。以太网不再局限于局域网中的使用，万兆位以太网成为IEEE 802.3 标准在速度和距离上的自然发展。
应用篇
将来，用户可以使用万兆以太网作为包含局域网、城域网和广域网（使用以太网作为端到端的第二层传输方法）的网络体系结构的基础。在局域网中，核心网络技术将提升到万兆以太网，能够在城域范围内工作的万兆以太网也将成为一种发展趋势。
企业和运营商网络的下一步骤就是将多个万兆位带宽与智能化服务结合起来，产生按比例增加的智能化多重网络，使其主干和服务器连接最高达到10Gbps。万兆以太网在局域网的应用上可以满足单一大楼局域网骨干的扩展，可以满足千兆位以太网服务器群组的扩展，以及数据中心/园区网高速骨干及交换机互连的扩展需求。在城域网的应用上可以满足城域网骨干及汇聚层高带宽的扩展需求，及作为DWDM系统中一个高速Lamda的需求。在广域网的应用上可以与SONET/SDH既有的基础架构实现无缝的连接，在没有Dark Fiber的资源下，可以透过既有的SONET/SDH环提供Dark Bandwidth将两端为万兆以太网广域网-PHY的设备加以连接。
万兆以太网目前在网络架构方面的大部分应用主要利用了新技术的下列主要优势。远程和扩展远程光纤连接；为高速应用提供的最佳链路利用率；为那些对延迟非常敏感的应用提供的低延时；支持现有的以太网功能，例如QoS、安全性、多播、链路集中等。
万兆以太网技术由于是过去以太网技术的延伸，因此在既有的网络市场上，尤其是宽带需求较为迫切的几个市场上将会有较大的发挥空间，这包括以下几个几个不同的市场领域。
1． 宽带交换机与宽带交换机互联
过去必须采用数个千兆捆绑以满足交换机互联所需的高带宽，因而浪费了更多的光纤资源。现在可以采用万兆互联，甚至4个万兆捆绑互联，达到40G的宽带水平。
2．数据中心或服务器群组网络中作为宽带汇聚
目前的文件和数据服务器所需要的数据带宽是非常可观的，一个高性能的文件管理器可以管理多个千兆位以太网网卡，并且由于它采用了优化的系统软件和加速的网卡硬件，可以轻松地占用所有接口卡中的所有带宽。这种巨大的处理能力，无论是事务处理还是执行关键任务型应用，都会将任何高性能的网络容量使用到极限。只有在服务器群的分布层和核心层采用一种非常高速的技术，例如万兆以太网，才可能更加平稳地实现它们的增长，以及满足高级应用对于廉价原始带宽的不断增长的需求。在愈来愈多的服务器改用千兆以太网作为上连技术后，数据中心或群组网络的骨干带宽需求相应增加，以千兆或千兆捆绑作为平台已不能满足用户需求，升级到万兆以太网在服务质量及成本上都将占有相对的优势。
3．城域网宽带汇聚与骨干更新
在宽带城域网的大量建设中，接入层会有愈来愈多的万兆或千兆以太网上连到城域网的汇聚层，而汇聚层也会有愈来愈多的千兆以太网上连到城域网的骨干层，这使得像万兆或万兆捆绑这样的宽带需求在城域网中的汇聚层及骨干层有相当多的市场需求，也是万兆以太网非常大的一个市场空间。
4．新兴的宽带广域网
由于以太网与SONET/SDH（POS）在长期的发展中有相当的价格优势，而万兆以太网又支持与SONET/SDH基础架构的无缝连接能力，这使得过去一直是SONET/SDH垄断的广域网市场出现了新的竞争者，万兆以太网方案将在广域网市场取得一定的发展。
5．SoIP或SAN（存储网络）
在以太网技术作为存储网络平台时，时延与高带宽都是关键性的性能因素，因此千兆以太网及万兆以太网都可以用来架构一个以太网平台的存储网络，这是一个新兴的应用。万兆以太网不仅可以满足存储设备的高速互联，也可以实现存储设备的备份（Backup）及灾难恢复（Disaster Recovery）。出于成本的考虑下，万兆以太网可以在这个新兴的应用上得到发挥。
6．高性能计算应用
通过先进的程序进行新的计算科学研究，设计出新的高性能计算机架构和网络，可以促进计算机科学研究在算法、可视化、系统软件和工具方面的发展。这里大量的分布式计算能力和高速通信链路的需要对于满足很多要求非常严格的应用需求至关重要。为了将所有必要的计算能力整合到一起，完成这些要求非常严格的任务，研究机构可以将很多独立的高速CPU连接到一起，利用万兆以太网或者万兆以太网通道连接传输大量的处理器间通信，这些信息对于确保一个大规模的分布式超级计算机集群的最佳性能至关重要。
从国内市场来看，教育科研网络、电信及存储网络将率先采用万兆以太网技术。（本文作者为Foundry公司亚太区技术经理）
产品篇
Cisco
Cisco从去年开始推出万兆以太网模块，其Catalyst 6500系列万兆ASE-EX4 Metro万兆以太网模块建立在Catalyst 6500架构的基础之上，将以太网技术从局域网扩展到了城域网，并可以为用户提供更多的带宽、更长的传输距离和更低的整体运营成本，同时还可以保护用户对它们的光纤基础设施和Catalyst 6500平台的已有投资。Catalyst 6500 万兆以太网模块可以通过高带宽连接，让用户部署新型的应用，例如无服务器建筑物、数据中心远程镜像、灾难恢复、电子学习、成像/3D建模以及高带宽的POP间连接等。
Cisco所有的万兆以太网模块都与Cisco 7600系列路由器兼容，可以全面地支持Cisco AVVID集成化语音、视频和数据架构。Cisco Catalyst 6500 和Cisco 7600系列目前支持三种万兆以太网模块：1310nm 远距离万兆以太网模块（在单模光纤上最远可以传输10公里）、1550nm扩展距离万兆以太网模块（在单模光纤上最远可以传输40公里）和1550nm扩展距离万兆以太网模块（在单模光纤上最远可以传输10～50公里）。
Cisco Catalyst 6500 系列通过在其万兆以太网解决方案中支持模块化的、可现场升级的光纤设备，为用户提供最大限度的灵活性和投资保护。万兆以太网基本模块可以通过配置，结合任何一个光接口模块（OIM），从而提供一个万兆以太网端口。基本模块加上OIM需要占用Cisco Catalyst 6500机箱的一个插槽。每个机箱所能支持的模块数没有限制，所以在一个13插槽的机箱中最多可以支持12个万兆以太网端口。Serial 1310nm OIM在单模光纤上最多可以传输10公里，而Serial 1550nm OIM在单模光纤上最多可以传输40公里。这两种模块都使用了一个SC连接器作为接口。
Cisco Catalyst 6500 万兆ASE-EX4 城域万兆以太网模块可以在单模光纤上支持10到50公里的扩展距离。该模块采用了1550 WWDM技术，因此用户可以使用一个5dB的1550nm固定损耗衰减器，以获得0到10公里的传输距离。每个城域万兆以太网模块可以通过一个SC连接器支持一个万兆以太网端口。
Cisco Catalyst 6500系列256Gbps平台可以支持基于硬件的Cisco快速转发（CEF）和分布式CEF（dCEF），以获得最大限度的控制能力和转发性能。这适用于需要将一个高密度的千兆位以太网集成到万兆以太网核心中的存储网络应用，以及将高密度的万兆以太网集成到核心网络或者广域网边缘，以创建分布式的超级计算网络。
Enterasys
Enterasys 公司推出的Matrix E1光纤接入交换机是万兆光纤接入产品的典型代表，这款万兆交换机为工作组提供了高性能交换和良好的性价比，是大型工作组和各种部门级配线间的理想选择，在这些环境中，用户都需要各种高级的功能和线速性能。
作为一款用以满足日益增长的带宽需求的万兆解决方案，这一小型紧凑的Matrix E1 光纤接入交换机提供了12个1000 Mbps 的线速端口和一个上行链路插槽，用于一个10 Gbps 模块。
Enterasys 公司将提供多种万兆接口，用以接入短途、中途和长途的光纤应用。线速性能使 Matrix E1 光纤接入交换机可以无缝集成到企业和运营商网络之中。该产品还具有即插即用、高级网络管理和基于标准的交换功能特性。
Matrix E1 光纤接入交换机支持12个千兆以太网接口。其中8个千兆以太网端口是固定的1000Base-SX MT-RJ连接器，其余4个千兆以太网端口支持GBIC。Matrix E1光纤接入交换机配备有万兆可选插槽，上行链路是一个单一端口的850nm、具有一个SC连接器的CWDM接口
为了有助于保证网络保持高性能状态运行，Matrix E1 光纤接入交换机提供了集成的网络管理，可对来自任何基于SNMP的交换机进行监测。Matrix E1交换机与Enterasys公司的NetSight 管理解决方案完全兼容，该解决方案是一种高度直观的、易于使用的网络管理应用软件，对智能网络管理装置和任何SNMP MIB I 或MIB II 可管理装置提供了全面的配置和远程管理支持。
Matrix E1 光纤接入交换机提供了高速的点到点的聚合，可以把多重链路聚合到一个诸如数据中心或服务器场的中央位置。
Extreme
Extreme BlackDiamond 6808/6816交换机提供了由10/100Base-T到千兆乃至万兆的带宽扩展要求，提供了第2层和第3层线速交换功能。在配备不同模块的情况下， BlackDiamond 6808可支持64个千兆以太网端口和96个千兆以太网端口，而BlackDiamond 6816则可支持最多196个千兆以太网端口的密度。这两款产品的无源背板均支持双重冗余、负载分担的可热插拔中心交换模块，实行四重冗余管理模式。在第3层交换方面，BlackDiamond 6808和6816分别具有128Gbps和256Gbps容量的背板，每秒的数据包转发率为96兆和192兆。该产品已在上海交大的校园骨干网中得到应用。
Extreme具有端到端服务质量保障的万兆位以太网产品，包括带宽管理、流量整形和业务分类功能，实现和管理简便，远远优于ATM QoS。这使从特级服务获得经济效益及迅速开通特级服务成为现实。Extreme的万兆解决方案和基于策略的QoS在SONET上运行，因此以太网城域网供应商不会被迫一笔勾销现有的基础设施。同时，他们可以不再使用昂贵复杂的旧时代技术，来建设新的以太网城域网设施。Extreme万兆解决方案还允许城域网服务供应商在一条链路上汇聚速度较低的连接。
Extreme的万兆位以太网解决方案意味着城域网服务供应商可以继续使用当前的管理、加密和安全应用。事实上，Extreme的万兆解决方案是一种开通迅速的电信级城域网服务，其目标是已经熟悉以太网及其优点的企业用户。
以太网城域网服务供应商的企业用户至少有一点是相同的，他们希望利用以太网中固有的效率。Extreme的万兆解决方案是全面可扩充的Ethernet Everywhere结构的一个方面，通过这种结构，城域网服务供应商可以在客户需要的时间和地点开通客户购买的带宽。
从更有利的方面看，Extreme的Ethernet Everywhere意味着城域网服务供应商终于可以使用一种网络技术、一种协议和一套管理工具了。鉴于其操作、管理、维护和配置费用占网络管理总成本的比例高达70%，因此Extreme提供了城域网服务供应商一直寻求的竞争优势。通过降低城域网复杂度，把骨干容量提高到万兆，Extreme帮助城域网服务供应商提供了更多的特级服务，同时简化了网络管理，降低了运营成本。
Foundry
Foundry机架式BigIron 4000、8000和15000系统配置了最新一代的JetCore ASIC芯片模块，以提供万兆/千兆/百兆/ATM/POS 接口模块，及城域网第二层可扩展性和ISP第三层可扩展性。
基于JetCore的BigIron具备电信级的冗余能力、精细的带宽管理以及线速网络监控和计费功能，是实现高
性能宽带城域网和企业服务网络解决方案的理想产品。Foundry万兆以太网模块极大地提高了 BigIron 产品系列的带宽，实现了更为强大的功能，最多可支持 14 个万兆以太网模块。
Foundry万兆以太网模块基于灵活而经济高效的体系结构，支持Foundry IronWare交换与路由功能。这些功能包括线速第二层交换、IP 和基于 IPX 的第三层路由、存取控制列表 (ACL) 和扩展 ACL、流量分类、优先级、标记及长帧支持。Foundry的万兆以太网模块由两个组件构成，即万兆以太网基本模块和标准的 802.3ae 物理介质相关 (PMD) 光纤子卡。集成之后，该模块在BigIron机架中占用一个插槽，并可提供一个万兆以太网连接端口。
用户可使用Foundry 10GBase-SR 模块（使用 850nm 系列光纤）进行万兆位连接，并可为内部数据中心提供长达 300 米的万兆位链路或短距离连接；也可以使用Foundry 10GBase-LR 模块（使用1310nm 系列光纤）为楼宇网络/校园网主干提供长达 10 公里的万兆连接；还可以使用Foundry 10GBase-ER 模块（使用 1550nm 系列光纤）构建经济高效的长达 40 公里的长距离城域网连接来实现高汇聚链接容量，而不必采用昂贵的波分复用技术实现。
Foundry BigIron 万兆以太网产品可与支持 850nm 系列、1310nm 系列和 1550nm 系列光纤802.3ae 规范的其他模块互操作。使用 850nm 系列万兆位以太网模块，网络管理员可立刻将内部数据中心的核心带宽增加10 倍，同时可通过一个万兆位以太网链路代替多个千兆位链路捆绑来降低交换机间的复杂性。1310nm 系列万兆位以太网模块是使用万兆以太网构建高带宽楼宇网络或校园网络的理想选择。1550nm 系列万兆位以太网模块冲破限制，并对城域网连接启用宽带服务。万兆位以太网模块的基本型号可现场升级，从而为安装了Foundry BigIron机架的客户带来投资回报和投资保护。
基于JetCore的BigIron系统能够以一个紧凑的结构提供优良的千兆以太网和万兆以太网端口密度，最高支持14个万兆、240个千兆或672个10/100 M 以太网接口。在Foundry Enterprise IronWare或Metro IronWare操作系统的支持下，BigIron第三层交换机可以为要求苛刻的服务提供商和企业环境提供线速、无阻塞的性能，丰富的QoS，以及高级带宽管理功能。
Foundry IronWare软件套件包括被主要的ISP在非常大型的路由环境中广泛采用的高级Internet增强路由协议，使BigIron能够自动无缝地接管故障路由器的任务。
Riverstone
RS38000是Riverstone的高密度城域网汇聚路由器。它是以城域网为中心的高密度路由器，结合了强有力的服务创建工具、提供动态带宽和面向连接的数据收集体系结构。RS38000通过全部范围的光纤和传统网络接口可以汇聚或提供这些服务，包括支持千兆以太网、快速以太网、CWDM、POS/SDH OC-48c/OC-12/OC-3、ATM OC-3c、ChannelizedT3/E3接口和弹性分组环OC-48c接口。该产品将支持万兆以太网接口。
RS38000非常适合作为MPLS标签边缘路由器(LER)或标签交换路由器(LSR)，并且处于覆盖全国的ATM或MPLS骨干扩展城域网VPN服务的重要结合点。RS38000为处理器、交换结构和电源全部冗余，同时执行基于标准的虚拟路由器冗余协议(VRRP)。
RS16000是新一代的汇聚路由器，可以在提供极高的千兆位以太网端口密度的同时确保万兆位城域网的实施。它通过基于业界最高密度的硬件体系结构为千兆位以太网汇聚提供全功能的城域网服务创建能力。RS16000可以在5U的机柜空间内提供60个线速的千兆位以太网端口，既节省了机柜空间，又免除了由多台网络设备所带来的操作的复杂性。模块化的背板设计是为了随时满足用户扩充的需要，RS16000可灵活地配置4到60个全线速千兆位以太网端口。另外，随着网络的增长，RS16000可以通过支持8G/CWDM和万兆位以太网接口进行扩充，保证网络带宽的需要。
方案篇
上海交通大学万兆校园网
上海交大校园网是国内规模最大的ATM网向宽带以太网移植的校园网改造项目。
网络建设要求
网络建成后将有助于上海交通大学提高校园内Internet应用的能力，开展先进的网上教学、远程教学项目。通过一个简单的网络结构，建立一个可进行实时的数据、语音、视频、图像传输的IP网络系统，连接大学所有的教学和学生用户，并提供强大的QoS、VLAN、ACL和第三/四层的路由交换功能及性能。
网络结构
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