| 词条 | 千兆以太网 |
| 释义 | § 综述 千兆以太网及其发展现状 千兆以太网 千兆以太网是建立在以太网标准基础之上的技术。千兆以太网和大量使用的以太网与快速以太网完全兼容，并利用了原以太网标准所规定的全部技术规范，其中包括CSMA/CD协议、以太网帧、全双工、流量控制以及IEEE 802.3标准中所定义的管理对象。作为以太网的一个组成部分，千兆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IEEE 802.1P第二层优先级、第三层优先级的QoS编码位、特别服务和资源预留协议（RSVP）。 千兆以太网还利用IEEE 802.1QVLAN支持、第四层过滤、千兆位的第三层交换。千兆以太网原先是作为一种交换技术设计的，采用光纤作为上行链路，用于楼宇之间的连接。之后，在服务器的连接和骨干网中，千兆以太网获得广泛应用，由于IEEE 802.3ab标准（采用5类及以上非屏蔽双绞线的千兆以太网标准）的出台，千兆以太网可适用于任何大中小型企事业单位。 目前，千兆以太网已经发展成为主流网络技术。大到成千上万人的大型企业，小到几十人的中小型企业，在建设企业局域网时都会把千兆以太网技术作为首选的高速网络技术。千兆以太网技术甚至正在取代ATM技术，成为城域网建设的主力军。 千兆以太网的特点 千兆以太网的特点主要包括如下。 1．千兆位以太网提供完美无缺的迁移途径，充分保护在现有网络基础设施上的投资。千兆位以太网将保留IEEE 802.3和以太网帧格式以及802.3受管理的对象规格，从而使企业能够在升级至千兆性能的同时，保留现有的线缆、操作系统、协议、桌面应用程序和网络管理战略与工具； 2．千兆位以太网相对于原有的快速以太网、FDDI、ATM等主干网解决方案，提供了一条最佳的路径。至少在目前看来，是改善交换机与交换机之间骨干连接和交换机与服务器之间连接的可靠、经济的途径。网络设计人员能够建立有效使用高速、关键任务的应用程序和文件备份的高速基础设施。网络管理人员将为用户提供对Internet、Intranet、城域网与广域网的更快速的访问。 3．IEEE 802.3工作组建立了802.3z和802.3ab千兆位以太网工作组，其任务是开发适应不同需求的千兆位以太网标准。该标准支持全双工和半双工1000Mbps，相应的操作采用IEEE 802.3以太网的帧格式和CSMA/CD介质访问控制方法。千兆位以太网还要与10BaseT和100BaseT向后兼容。此外，IEEE标准将支持最大距离为550米的多模光纤、最大距离为70千米的单模光纤和最大距离为100米的铜轴电缆。千兆位以太网填补了802.3以太网/快速以太网标准的不足。 千兆以太网的构建 千兆交换机千兆网卡千兆以太网络是由千兆交换机、千兆网卡、综合布线系统等构成的。千兆交换机构成了网络的骨干部分，千兆网卡安插在服务器上，通过布线系统与交换机相连，千兆交换机下面还可连接许多百兆交换机，百兆交换机连接工作站，这就是所谓的“百兆到桌面”。在有些专业图形制作、视频点播应用中，还可能会用到“千兆到桌面”，及用千兆交换机联到插有千兆网卡的工作站上，满足了特殊应用下对高带宽的需求。 千兆以太网 在建设网络之前，究竟用千兆还是百兆，要从实际出发，从应用出发，考虑网络应该具备哪些功能。不同的应用有不同的需求，而且几乎没有只有单一业务的网络。但是，在各种业务中，生产性业务肯定是优先级最高的。如果在网络中传输语音，那么语音业务也需要优先安排。如果对业务优先的需求很高，网络必须有QoS保证。这样的网络必须要智能化，在交换机端口能够识别是什么类型的业务通过，然后对不同的业务进行排队，为不同的业务分配不同的带宽，这样才能保证关键性业务的运行。数据业务本身是有智能的，不管多少带宽都可以传输，只是时间长短而已，但是语音或者视频就不一样了，如果带宽小了之后，马上就听不清楚了，或者图像产生抖动，这都是不允许的。所以QoS非常重要。对单纯的数据网络，在QoS方面的需求就很低。在规划网络的时候，必须先了解清楚哪些功能是必须的，哪些可以不考虑。例如，目前多址广播是比较重要的性能之一，如果需要在网络中传输图像，而网络不具备多址广播的特性，那么网络的带宽浪费就会非常严重，甚至根本无法实现。 千兆以太网国际标准 1997年1月，通过了IEEE 802.3z第一版草案； 1997年6月，草案V3.1获得通过，最终技术细节就此制定； 1998年6月，正式批准IEEE 802.3z标准； 1999年6月，正式批准IEEE 802.3ab标准(即1000Base-T)，可以把双绞线用于千兆以太网中。 千兆位以太网标准主要针对三种类型的传输介质：单模光纤；多模光纤上的长波激光（称为1000BaseLX）、多模光纤上的短波激光（称为1000BaseSX）；1000BaseCX介质，该介质可在均衡屏蔽的150欧姆铜缆上传输。IEEE 802.3z委员会模拟的1000BaseT标准允许将千兆位以太网在5类、超5类、6类UTP双绞线上的传输距离扩展到100米，从而使建筑楼宇内布线的大部分采用5类UTP双绞线，保障了用户先前对以太网、快速以太网的投资。对于网络管理人员来说，也不需要再接受新的培训，凭借已经掌握的以太网网络知识，完全可以对千兆以太网进行管理和维护。 千兆以太网的标准化包括编码/译码、收发器和网络介质三个主要模块，其中不同的收发器对应于不同的网络介质类型。1000BASE-LX基于1300nm的单模光缆标准时，使用8B/10B编码解码方式，最大传输距离为5000米。1000BASE-SX基于780nm的FibreChannel optics，使用8B/10B编码解码方式，使用50微米或62.5微米多模光缆，最大传输距离为300米到500米。连接光纤所使用的SC型光纤连接器与快速以太网100BASE FX所使用的连接器的型号相同。1000BASE-CX是一种基于铜缆的标准，使用8B/10B编码解码方式，最大传输距离为25米。1000BASE-T基于非屏蔽双绞线传输介质，使用1000BASE-T 铜物理层Copper PHY编码解码方式，传输距离为100米。1000BASE－T在传输中使用了全部4对双绞线并工作在全双工模式下。这种设计采用 PAM-5 (5级脉冲放大调制) 编码在每个线对上传输 250Mbps。双向传输要求所有的四个线对收发器端口必须使用混合磁场线路，因为无法提供完美的混合磁场线路，所以无法完全隔离发送和接收电路。任何发送与接收线路都会对设备发生回波。因此，要达到要求的错误率（BER）就必须抵消回波。1000BASE－T无法对频率集中在125MHz之上的频段进行过滤，但是使用扰频技术和网格编码能对80MHz之后的频段进行过滤。为了解决5类线在如此之高的频率范围内因近端串扰而受到的限制，应该采用合适的方案来抵消串扰。 最初的千兆以太网采用高速780纳米光纤信道的光元件传输光纤上的信号，采用8B/10B的编码和解码方法实现光信号的串行化和复原。目前光纤信道技术的数据运行速率为1.063Gbps，将来会提高到1.250Gbps，使数据速率达到完整的1000Mbps。对于更长的连接距离，将采用1300纳米的光元件。为了适应硅技术和数字信号处理技术的发展，应在MAC层和PHY层之间制定独立于介质的逻辑接口，以使千兆以太网工作在非屏蔽双绞线电缆系统中。这一逻辑接口将适用于非屏蔽双绞线电缆系统的编码方法，并独立于光纤信道的编码方法。下图说明了千兆以太网的组成。 如何升级至千兆以太网 把10M、100M网络升级至千兆的条件并不多，最主要的是综合布线条件。千兆以太网指的是网络主干的带宽，要求主干布线系统必须满足千兆以太网的要求。如果原来的网络覆盖距离相隔几百米至几公里的多幢建筑物，则原来的主干布线一般采用的是多模或单模光纤，能够满足千兆主干的要求，可以不必重新敷设光纤了。在建筑物之间的距离小于550米的情况下，一般敷设价格相对低廉的多模光纤就可以满足千兆以太网的需要。 千兆以太网 如果原来的网络只覆盖了一幢建筑，而且最远的网络节点与网络中心的距离不超过100米，则可以利用原来的5类或超5类布线系统。如果原来的布线系统达不到5类标准，或者采用了总线型布线系统而不是星型布线系统，则必须重新布5类线。 升级至千兆以太网，首先要将网络主干交换机升级至千兆，以提高网络主干所能承受的数据流量，从而达到加快网络速度的目的。以前的百兆交换机作为分支交换机，以前的集线器则可以在布线点不足的地方使用。目前千兆交换机的产品已经很多，可以根据网络的要求和预算等实际情况选择。 网络上的服务器需要吞吐大量的数据，如果网络主干升级至千兆，但是服务器网卡还停留在百兆的水平上，服务器网卡就会成为网络的瓶颈，必须使用千兆网卡才能消除这个瓶颈，解决方法是在原来的服务器上添加千兆网卡。注意应该优先选购64位PCI的千兆网卡，其性能比普通PCI千兆网卡高一些。千兆网卡可以根据网络的要求和预算等实际情况选择。 网络主干升级了，网络的分支也应随之升级。如果原来的用户计算机已经安装了10M/100M自适应网卡，则可以不必升级网卡，只要将网卡接到百兆交换机上就可以了；如果原来使用的是10Mbps网卡，则需要将网卡更换为10M/100M自适应网卡，这样才能提高工作站访问服务器的速度。 千兆以太网的前景预测 预计到2005年之前，数据传输量每年将以3倍的速度增长，并于当年超过语音传输量，成为全球通信网络主要的传输方式。面对日益增长的数据流和多媒体服务，大容量、高速率、多功能模块高端网络产品的市场规模将不断扩大。可以预见的是，千兆以太网交换机所占的市场份额会越来越大。随着Internet的发展和网络上层出不穷应用的出现，万兆以太网将是以后的主流，但至少在近两年内，千兆以太网仍然是市场上的主流。 § 设计目标及原则概述 1.千兆以太网技术优势 在局域网中为了维持直径为200米的最大碰撞区域，最小CSMA/CD载波时间,以太网时间片已从目前的512比特扩展到512字节(4096比特)，最小信息包大小仍为64字节。载波扩展特性在不修改最小包尺寸的条件下解决了CSMA/CD固有的时序问题。虽然这些改变可能会影响到小信息包的性能，然而这种影响已经被CSM/CD算法中称作信息包突发传送的特性所抵消。千兆位以太网最大的优点在于它对现有以太网的兼容性。 千兆以太网接入系统 同100M位以太网一样,千兆位以太网使用与10M位以太网相同的帧格式和帧大小,以及相同的CSMA/CD协议。这意味着广大的以太网用户可以对现有以太网进行平滑的、无需中断的升级,而且无需增加附加的协议栈或中间件。同时,千兆位以太网还继承了以太网的其它优点,如可靠性较高,易于管理等。 千兆以太网相比其他技术具有大带宽的优势，并且仍具有发展空间，有关标准组织正在制定10G以太网络的技术规范和标准。同时基于以太网帧层及IP层的优先级控制机制和协议标准以及各种QoS支持技术也逐渐成熟，为实施要求更佳服务质量的应用提供了基础。伴随光纤制造和传输技术的进步，千兆位以太网的传输距离可达百公里，这使得其逐渐成为构建城域网乃至广域网络的一种技术选择。 主干采用千兆以太网的好处在于：千兆位以太网将提供10倍于快速以太网的性能并与现有的10/100 以太网标准兼容。同时为10/100/1000 Mbps 开发的虚拟网标准 802.1Q以及优先级标准 802.1p 都已推广，千兆网已成为构成网络主干的主流技术。 1998 年六月已制定完成的第一个千兆位以太网标准 802.3 以使用光纤线缆和短程铜线线缆的全双工链接为对象。针对半双工和远程铜线线缆的标准 802.3ab 于 1999 年内出台。 千兆位以太网将提供完美无缺的迁移途径，充分保护在现有网络基础设施上的投资。千兆位以太网将保留802.3和以太网帧格式以及 802.3 受管理的对象规格，从而将使企业能够在升级至千兆性能的同时，保留现有的线缆、操作系统、协议、桌面应用程序和网络管理战略与工具。 千兆位以太网相对于原有的快速以太网、FDDI、ATM等主干网解决方案，提供了另一条改善交换机与交换机之间骨干连接和交换机与服务器之间连接的可靠、经济的途径。网络设计人员将能够建立有效使用高速、任务关键的应用程序和文件备份的高速基础设施。网络管理人员将为用户提供对Internet、Intranet、城域网与广域网的更快速的访问。 千兆位产品提供商，具有完整的千兆以太网产品线，可契合用户需求提供完整的解决方案。从核心的网络主干交换机到边缘的客户机服务器千兆接入，有针对用户需求设计的高性能的产品。千兆以太网交换机的部署，是一个非常引人注目的技术。目前,许多厂商的交换机把第2层交换和第3层交换融于一体，不论交换还是路由,都能提供至少1000万pps的转发速率，甚至有的产品还可达到2000万pps。这些高性能的特点对于Intranet来讲已显得非常重要，因为传统的局域网流量80/20自然法则(即80%的流量在本地工作组网络内和20%的流量流向骨干网)已经过时。 千兆以太网高速的多层数据包转发能力是千兆以太网技术能提供最好的性能价格比的有力例证。不仅如此，千兆以太网技术对于降低网络的长期拥有成本也是大有裨益的。 2.千兆网交换技术 从1996年底开始，有些公司陆续推出集成了第2层交换和第3层路由的交换机产品,这种技术称之为“多层交换(multilayer switching)”。它为第2层交换技术增加了路由层服务，支持有选择的广播和组播抑制，支持VLAN及VLAN之间的数据包转发和防火墙功能，全面支持TCP/IP和IPX路由。 经过将近4年时间的发展，这些功能不断地得到了完善和加强,使得多层交换机比传统的路由器的性能价格比高出8至16倍。而新一代多层交换机以千兆以太交换技术为核心, 可以提供更加吸引人的性能价格比，是部门级网络和数据中心网络中替代传统路由器的最理想的可以提供多层交换的交换机。同时,其直接传输距离目前已达到130公里，完全可以实现以千兆以太网为骨干的大的企业局域网，骨干传输速率为2Gbps(全双工模式)。 推动技术发展的主要因素推动高速多层交换技术发展的最大因素是采用廉价的10/100M自适应网卡的Internet和Intranet的大量部署。目前的网络已经离传统的c/s计算模式的层次结构越来越远，传统的c/s模式的80/20流量法则已成为过去。在网络设计方面, 传统的路由器加Hub或第2层交换机的网络部署模式也将变成历史。 另外，Intranet支持更加复杂的和对带宽敏感的各种多媒体数据流,如数据、文件、图片、动画、声音和视频等。一个Intranet最终用户对带宽的要求至少要比非Intranet 用户多50%～100%。同时,宽带接入已成为发展趋势。 另一个值得注意的问题是，为用户提供快速以太网连接可以提供更多的带宽余量来处理突发的交通量，这点是10BASE-T技术无法比拟的。突发流量是IP网络应用的特点之一。廉价和高带宽使得快速以太网不论在用户端还是服务器端都得以广泛的应用。 为了在无阻塞和处理突发交通流量的能力之间取得平衡，新一代交换机平台必须提供高于用户请求连接的8～16倍速率的主干连接，而以千兆以太网为主干正好满足了用户端的快速以太网连接的服务请求。这对于充分处理突发流量非常重要。 同时，在校园网或城域网中，不管跨越几个网络层,对于随机的Intranet交通量都要求提供端到端的持续不变的高性能。为了实现这一点,在一台交换机中同时具备高性能的第2层和第3层转发能力是唯一的解决方案。 无阻塞能力和有选择的转发功能是用户的主要需求。而各种非常有效的网管工具使得网络管理员能够有效且高效地把业务策略注入转发引擎中，其性能可以通过网管软件实时监测。这将从根本上有助于用户根据公司的短期和长期业务发展需要确定和交付所需的网络服务。新一代千兆以太网交换机支持这些特点和服务，同时也支持通用的路由协议,如IP/RIP或IP/OSPF等。这也大大降低了网络设备的复杂性。 3.网络设计的目标及原则 网络系统的高性能要求核心交换机满足网络中心海量数据交换的要求，上连中心的通讯链路带宽能够满足应用对网络的性能要求。不管是企业网还是城域网、广域网，其上的信息应用正以前所未有的速度发展，新的多媒体应用及新的数据应用对带宽提出了更高的要求。以企业普遍采用Intranet网络模式来说，其 WWW 服务器，FTP服务器，Lotus Notes 群件应用服务器，Novell Server等服务器群支撑着整个企业的信息服务环境。企业各部门用户客户端应用软件，透过网络访问中心服务器，请求应用，查询数据库。网络的负载流量主要是从边缘设备到核心的数据交换，随着企业业务的发展，网络规模的扩展，以及应用的信息交换量增加，使得企业网络通常首先在核心发生通讯瓶颈现象。改善企业园区局域网的网络数据交换性能，往往是首先扩充核心交换机的交换性能，增加边缘设备到核心的数据通讯带宽，以减轻整个网络的瓶颈，使得应用软件的性能和效率得到提高。因此在设计企业园区局域网的原则上，首先应该考虑满足网络规模所要求的核心设备数据交换处理能力，以及边缘设备到核心的链路带宽。 3.1可靠性与可用性 网络系统设计中的设备高可靠性和系统高可用性；要求核心交换机所有关键部件可以实现冗余工作，可以在线更换(插拔)，故障的恢复时间在秒级间隔内完成。多级容错设计基于单个设备高可靠性的基础之上进一步提高系统的可用性。 就企业应用来说，其通过先进的计算机、网络等信息技术，实现生产过程的自动化控制，无纸办公自动化，提高了企业的生产、管理效率和水平。支持企业应用的基础设施是企业的园区网络，它的工作状况会直接影响到企业的办公应用环境，交易、生产、开发、设计等业务环境，财务管理，部品管理等环境，信息检索、数据库查询、Internet浏览等支持企业正常运行的必要服务设施功能。网络的可靠性要求是保障企业应用环境正常运行的首要条件，网络要求可靠性的同时，要求网络具有高可用性。网络设备的选择，尤其是核心机箱式设备，应该可以配置冗余部件，关键部件不存在单一故障点，也就是说，像交换机的电源、风扇、交换引擎、管理模块这些部件可以冗余备份，其中之一任何部件的损坏，不会影响设备的正常运行，不会影响网络的连通。提供网络设备的可靠性，容错性的另一个要求是设备损坏部件更换时，不需要停机，更换部件后不需要重新启动，也就是说部件的更换可以进行在线操作，这样可以使停机的时间降低到最小。在设计企业园区网的原则上提高网络的高可靠性、高可用性原则是至关重要的，不仅要求设备的部件冗余，同时要求网络的链路冗余，可结合物理层、链路层及第三层技术实现，以保证网络可以在任何时间、任何地点提供信息访问服务。 3.2可扩展性 网络设计的可扩展性要求，包括交换机硬件的扩展能力以及网络实施新应用的能力。核心交换机的灵活扩充性要求：核心交换机应该具备灵活的端口扩充能力，模块扩充能力，满足网络规模的扩充；同时提高性能，满足更高性能的要求。支持新应用的能力：产品具有支持新应用的技术准备，能构方便快捷地实施新应用。 3.3规模与用户 在设计网络的方案时，首先是满足现有规模的网络用户的需求，同时考虑到未来业务发展、规模的扩大，应该设计网络具有用户端口灵活的扩充能力。核心设备是整个网络的枢纽，用户端口数的扩充，需要增加配线间边缘工作组的设备，增加边缘设备的同时，要求连接核心骨干设备的端口数相应增加，因此核心设备应该可以通过增加模块来灵活地增加端口数。核心设备的机箱设计应该具备强大的背板带宽，足够多的负载插槽容量。对于交换机来说，核心交换引擎应该可以满足最大配置下，无阻塞的进行端口数据包交换，模块的扩充不影响交换性能。采用分布式交换结构是实现这一原则的最佳方案，分布式交换机结构实现了交换机的并行数据交换处理，优化了网络的性能，本地交换和全局交换相结合的分布式结构减少了核心交换引擎的压力。因此在设计大规模园区网络的原则上普遍采用分布式交换机实现灵活的模块、端口扩充能力。 3.4安全性 网络的安全性对网络设计是非常重要的，合理的网络安全控制，可以使应用环境中的信息资源得到有效的保护可以有效的控制网络的访问，灵活的实施网络的安全控制策略。在企业园区网络中，关键应用服务器、核心网络设备，只有系统管理人员才有操作、控制的权力。应用客户端只有访问共享资源的权限，网络应该能够阻止任何的非法操作。在园区网络设备上应该可以进行基于协议、基于Mac地址、基于IP地址的包过滤控制功能。在大规模园区网络的设计上，划分虚拟子网，一方面可以有效的隔离子网内的大量广播，另一方面隔离网络子网间的通讯，控制了资源的访问权限，提高了网络的安全性。在设计园区网的原则上必须强调网络安全控制能力，使网络可以任意连接，又可以从第二层、第三层控制网络的访问。 3.5可管理性 网络的可管理性要求：网络中的任何设备均可以通过网络管理平台进行控制，网络的设备状态，故障报警等都可以通过网管平台进行监控，通过网络管理平台简化管理工作，提高网络管理的效率。 在进行网络设计时，选择先进的网络管理软件是必不可少的。网络管理软件应用于网络的设备配置，网络拓扑结构表示，网络设备的状态显示，网络设备的故障事件报警，网络流量统计分析以及计费等。网管软件的应用可以提高网络管理的效率，减轻网络管理人员的负担。网络管理的目标是实现零管理，基于策略的管理方式，网络管理是通过制定统一的策略，由管理策略服务器进行全局控制的。基于Web的网管界面，是网管软件的发展趋势，灵活的操作方式简化了管理人员的工作。在设计园区网的设备选择上，要求网络设备支持标准的网络管理协议SNMP，同时支持RMON/RMONII协议，核心设备要求支持 RAP (远程分析端口) 协议，实施充分的网络管理功能。在设计园区网的原则上应该要求设备的可管理性，同时先进的网管软件可以支持网络维护、监控、配置等功能。 3.6协议的标准性 网络设备采用开放技术、支持标准协议：采用标准的协议保护用户的投资，提高设备的互操作性。网络设计所采用的设备要求采用主流技术、开发的标准协议，具有良好的互操作性，能够支持同一厂家的不同系列产品，不同厂家的产品之间的无缝相互连接与通讯。在设计园区网络的原则上，发挥不同厂商产品的专用先进技术同时，必须强调考察设备的技术、协议的标准性，减少设备互连的问题，网络维护的费用，使用户的投资得到有效保护。 应当考虑选择的设备是否是可升级的，在新的标准出现以后，系统应能够升级到新的标准。因而注重产品厂商在相应产品和技术领域内的地位和参与标准化的能力。 当今世界，通信技术和计算机技术的发展日新月异。网络设计既要适应新技术发展的潮流，保证系统的先进性，也要兼顾技术上的成熟性，降低由于新技术和新产品中不成熟因素所带来的风险。 4.校园网解决方案 千兆位以太网最大的优点在于它对现有以太网的兼容性。同100M位以太网一样,千兆位以太网使用与10M位以太网相同的帧格式和帧大小,以及相同的CSMA/CD协议。这意味着广大的以太网用户可以对现有以太网进行平滑的、无需中断的升级,而且无需增加附加的协议栈或中间件。同时,千兆位以太网还继承了以太网的其它优点,如可靠性较高,易于管理等。在园区网主干网中，目前逐步占据了主要地位。 作为校园网应用的一个特点，大部分应用对延迟及带宽不太敏感，可以通过TCP/IP“慢启动”机制自动识别延迟的变化，动态地适应TCP所提供的带宽，部分应用要求实时业务传输支持，QoS服务保障。这部分应用目前所占比例很小，随着教学手段现代化进程的加快，多媒体课件制作工具的逐步普及，多媒体课件的逐步丰富，该比例预期将逐步提高。IP网络传输实时业务的主要瓶颈是路由器采用软件实现路由识别、计算和包的转发，由于路由识别、数据转发的速度慢，时延和时延抖动大，不能保证服务质量(QoS)。自1997年下半年以来，一些公司陆续推出采用硬件专用电路（ASIC）进行路由识别、计算和转发的新型线速路由交换机。这种线速路由交换机的结构与L2交换机相似，兼有L3路由器包转发功能和L2交换功能，有些厂商还在其中加入一些L4应用层功能。 华中科技大学千兆以太网拓扑结构 在包交换的IP网上提供QoS，必须对服务进行分类，实行分类服务（CoS）。设备生产厂商一般采用拥塞管理保证网络性能，为一些专门的业务提供所要的带宽。一种做法是采用RED（随机早期丢失）探测和智能识别流量的瞬时剧增，将其与真正的网络拥塞区别开来，以避免网络拥塞。通过从IP包头中IPv4服务分类标识（TOS）识别服务类别（802.1P），确定该数据流的优先级，并根据某种队列优先算法以保证QoS的能力。还可使用访问控制表（ACL）定义策略，确定数据流的优先级。随着技术的进步，可以预见，高速IP网络上的QoS能力将达到FR/ATM网类似的水平。 在分析比较市场上多种L2/L3/L4线速路由交换机性能、价格、服务的基础上，选择美国朗讯（Lucent）公司的Cajun P550R路由交换机共11台，作为校园网主干交换机。其主要技术、性能指标为： 背板能力 45.76 Gbps 交换吞吐能力 22.88 Gbps 第2层交换能力 33,000,000 pps 第3层交换能力18,000,000 pps 多种L2/L3接口模块 冗余风扇、电源 OpenTrunk/VLAN互操作性 CoS/QoS/RSVP支持 在网络设计中，主干交换机彼此之间通过千兆位以太网互连。所有交换机均配置L3交换引擎，实施分布式的路由策略，从而降低对中心交换机L3路由解析、包转发的压力并控制广播域的范围。网络设计和设备配置中仔细地考虑了设备与线路及路由的物理与逻辑冗余、网络中心服务器群的防火墙设置及安全策略。 § 1000Base-T技术 随着国家《千兆比以太网交换机设备技术规范》的发布，一时间，千兆以太网技术的应用得到了突飞猛进的发展。 1000Base-T(在第五类双绞线上实现的千兆以太网)由于以下几个原因成为网络管理人员的最佳选择之一。首先，它主要满足现有网络中出现的对带宽飞速增长的需求；其次，在这些网络中，新兴的应用不断出现，而在网络边缘交换机也不断增加。千兆以太网可以保护公司在以太网和快速以太网的设施上已有的投资；第三，它能够提供一种简单、有效而又廉价的性能提升办法，同时又能继续使用大量现有的水平线缆传输介质。 1000Base-T技术原理 （1）千兆以太网传输媒介规范 千兆以太网可以利用现有的线缆设施，从而它获得了良好的性能价格比。它可以在楼层内、楼内和园区内的网络上采用，因为它可以支持多种连接媒体和大范围的连接距离。特别是，千兆以太网可以在下列四种媒质上运行:光纤，最大连接距离至少可达5公里； 模光纤，最大连接距离至少550米； 平衡、屏蔽铜缆，最大连接距离至少25米； 五类线，最大连接距离至少100米。 IEEE 802.3z千兆以太网标准于1998年6月获得批准，它为三种传输媒质定义了三种收发器: 1000Base-LX、1000Base-SX和1000Base-CX。其中，1000Base-LX用于安装单模光纤，1000Base-SX用于安装多模光纤，1000Base-CX用于平衡、屏蔽铜缆，它可以用于机房的互连。1000Base-LX的收发器也可以用于多模光纤，其传送距离至少可达550米。 千兆以太网分层 另一个特别工作小组，IEEE 802.3ab已经定义了在5类线的基础上运行千兆以太网的物理层。IEEE标准化委员会在1999年6月批准了1000Base-T标准。1000Base-T可以继续使用现有的线缆设施，它规定在5类线上的传输距离最远可达100米。 1000Base-T的其他一些重要规范使其成为一种价格低廉、不易被破坏并具有良好性能的技术。首先，它支持以太网MAC，而且可以后向兼容10/100Mbps以太网技术；其次，很多的1000Base-T产品都将支持100/1000自动协商功能，1000Base-T因此可以直接在快速以太网络中通过升级实现；第三，1000Base-T是一种高性能技术，它每传送100亿比特，其中错误的数据位不会超过一个（误比特率低于10-10，这与100Base-T的误比特率相当）。 (2）1000Base-T线缆规范 1000Base-T规定可以在五类平衡双绞线上传送数据。在ANSI/EIA/TIA-568-A(1995)中规定了其所采用的四对五类双绞线的性能。其他的链路性能参数(回程损耗和ELFEXT)在TIA/EIA-TSB-95中有规定。五类线的标准在ISO/IEC 11801:1995中有规定(“信息技术:用户前端设备的通用线缆”)。ISO/IEC 11801:1995的第二版则规定了一些其他的线缆性能参数，以便支持千兆以太网。 （3）1000Base-T物理结构 1000Base-T是专门为在五类双绞线上传送数据而设计的。1Gbps的传送速率可以等效地看作在四对双绞线上，每对的传送速率为250Mbps (250Mbps×4=1Gbps)。 1000Base-T与100Base-T采用相同的传送时钟频率(125MHz)，但是利用了一种更加强大的信号传输和编/解码方案，该方案可以在链路上较100Base-T多传送一倍的数据。下面是对这两种技术规范的比较: 1000Base-T:125MHz×2比特=250Mbps 1000Base-TX:125MHz×2比特-符号=125M比特-符号/s 请注意:125M比特-符号/s等效于100Mbps，因为1000Base-T采用一种4B/5B编码-在将信号放到线缆上进行传输之前，每4比特的数据被转换成5比特-符号；此有效的比特传送速率为:125×4/5=100Mbps。 （4）1000Base-T千兆位以太网的编码 IEEE802.3ab为了高性价比地使用4对5类UTP，不采用8B/10B编码，而在MAC子层和PHY层定义一个逻辑接口，允许引入更高性价比的编码方案。由于可用带宽的限制，显然每对5类UTP取不超过125Mbaud（5类UTP在62.5MHz时，其ACR为30.6dB）为宜。还考虑到能覆盖28=256，且最大限度地减少多元制的符号位数，所以取五级（quinary）编码，即8B/4Quinary。这样，（1000/4）×（4/8）=125Mbaud能够满足可有带宽的限制。 若采用四级（quartemary）编码，亦可满足上述需求，且同样能覆盖28=256，但五级（quinary）编码中冗余的一级可用于对另外四级的纠错码。 千兆位以太网联盟最近的1000Base-T白皮书建议采用PAM-5码，每个符号（取+2，+1，0，-1，-2之一）对应两位二进制信息（四级表示两位，一级用于前向纠错码）。前向纠错码采用4维8状态的Trellis前向纠错码。实现这些主要依赖于集成电路技术和数字信号处理（DSP）技术。 1000Base-T可以支持现有的已经获得实际检验的快速以太网和V.90/56K调制解调器技术，从而获得了良好的性能价格比。在802.3快速以太网和V.90或56K调制解调器中实现信号传输和编/解码技术的高级DSP也可以用来实现1000Base-T。 结 论 随着越来越多的台式机和工作组向快速以太网升级，网络骨干部分的集中业务将大幅度增长。为了处理这种业务，所有新型骨干交换机应支持千兆以太网上行链路。骨干网部分的千兆以太网交换机可被用来连接高交易率服务器，以及集中快速以太网工作组的网段交换机。如果说千兆以太网的光纤网连接方式，解决了楼宇之间的高速连接，那么1000Base-T千兆以太网技术，就是用来解决楼层之间、甚至办公室之间的高速连接。 § 参考资料 http://www.51cto.com/art/200602/20551.htm |
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