随着网络应用特别是视频、语音应用的快速发展,语音、视频和其他大数据量的数据类型都需要在已经融合的网络上频繁传输,IP电话、视频会议、大容量数据库群等应用促使对带宽的需求日益增长。万兆以太网(10GE)技术的推出,提供了一种简单的带宽升级途径,解决了带宽不断增加的问题。但是,如图1万兆以太网技术市场参考模型所示,万兆以太网技术应当遵循市场经济规律,从满足用户的需求角度出发,依靠需求拉动和技术推动的合力,吸收以太网历史成功经验,提供高性能、低价格、易维护的网络解决方案,才能得以真正的广泛推广应用。

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市场需求探析

用户基于业务对带宽的需求最终决定着万兆以太网技术的应用导向,这种需求的拉动是10GE得以发展之源。10GE技术可以通过以下五个途径来满足用户需求:

1、企业网和校园网

随着企业及校园网络应用的急剧增长,高校多媒体网络教学、数字图书馆等应用不断展开,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,利用10GE高速链路构建校园网、企业网的骨干链路和各分部与本部之间的连接,可实现端到端的以太网访问,进而提高传输效率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。

2、数据中心和互联网交换中心

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。如果在服务器群的分布层和核心层采用万兆以太网技术,就可更加平稳地实现它们的增长,满足高级应用对于廉价原始带宽的不断增长的需求。

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。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。而互联网数据依然按照每七个月翻一翻的速度在增长。因此,互联网交换中心需要转向万兆以太网在交换点之间连接,以满足二层客户以千兆以太网以上速度连接的要求。

3、宽带城域网

随着城域网建设的不断深入,各种内容业务(如流媒体视频应用、多媒体互动游戏)纷纷出现。2004年上半年,中国宽带用户达到1773万户,同比增长187%,其中LAN用户达到486万户。此时,接入层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,而传统的SDH、DWDM技术作为骨干存在着网络结构复杂、难于维护和建设成本高等问题,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。

万兆以太网在裸光纤上最远可以传送40～80公里,可以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。在城域网骨干层部署10GE可大大地简化网络结构、降低成本、便于维护,通过端到端以太网打造低成本、高性能和具有丰富业务支持能力的城域网。

随着万兆技术的应用,将来网络设计者可以用万兆以太网作为整个网络的基础,提供更低的网络时延、足够的带宽保证突发数据的传送,并在LAN、MAN和WAN中使用以太网技术实现端到端的连接。由于能够端到端采用以太网技术,话音、数据等各种业务在以太网技术上的融合将成为现实。

4、存储网络

虽然目前多数存储网络主要还是采用Fiber Channel等专用存储技术,但万兆以太网和ISCSI技术所带来的显著的成本节约,以及可以将存储网络和企业网融合的特性,将使其在存储市场大有作为。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。2003年2月通过的IETF的ISCSI即为支持IP和用万兆以太网技术提供存储网业务的标准。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及灾难恢复。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。

5、超级计算中心

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。同时,研究机构正在推动下一代IT的革命:网格计算。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。

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。今天的网格计算在千兆互联的集群之间采用万兆互联。同样,越来越多的企业将会把企业服务器组成集群然后给桌面用户提供超级计算功能。

技术的创新

以太网技术发展到今天,绝不只是因为其技术上的领先,但也绝对离不开以太网技术的强大推动。要高质量、低成本地满足用户对以太网带宽的需求,不断推进万兆以太网技术的应用和发展,万兆以太网技术本身也进行了大量的技术创新。

1、端到端

万兆以太网的广域网物理层采用简化SDH帧结构,用OC-192c承载,传输速率为9.953 Gbit/s,提供了“端到端”的网络服务保证。如果骨干链路使用POS封装时,链路层信息包括VLAN信息都被删除。而VLAN标识可能绑定服务质量,用户标识甚至作为交换的标记。当在骨干链路采用万兆以太网时,VLAN信息可以很方便地端到端传送。

2、全双工

万兆以太网MAC层不采用CSMA/CD碰撞检测机制,不必使用冲突探测协议,只支持两个站点对点全双工的传送数据。这样,其全双工链路中没有分组冲突,链路距离由光纤决定而非以太网冲突域直径。也就是说,全双工的工作模式原理上不产生距离限制,限制链路距离的只有传输特性和物理介质。

3、简化帧结构

10G WAN物理层并不是简单地将MAC帧用OC-192c承载,而是在SDH帧结构的基础上作了大量的简化,仅采用了帧定位字节A1和A2、段层误码监视字节B1、踪迹字节J0、同步状态字节S1、保护倒换字节K1和K2,以及备用字节Z0,对没有定义或没有使用的字节填充00000000,减少了许多不必要的开销,简化了SDH帧结构。与千兆以太网相比,10GE增强了物理层的网络管理和维护,在物理线路上实现保护倒换;同时,又避免了繁琐的同步复用。此外802.3ae不支持自协商,还可以简化故障定位。

如果考虑到以太网技术在局域网中的广泛应用和大量的沉没成本和技术储备,10GE还具备简化网络管理、减少网络层次、降低网络成本等优势。这样,新兴运营商可以很方便地利用光纤和以太网技术构建大范围多业务宽带数据网,网络技术人员也可以采用一个网络管理系统监视很多连接。

问题探讨

1、性能价格比

在以太网发展历史上,一般规律是当性能增加到10倍而价格只增加到2-3倍时用户会乐于升级。快速以太网和千兆以太网都是遵循上述规律得到推广。而当前的现状是1个万兆以太网接口的价格是千兆以太网接口价格的8-10倍。因此在应用10GE技术时,一定要注意带宽的利用效率,如果带宽得不到充分利用、宽带业务得不到充分发展,则会造成一定程度上的投资浪费。

2、服务质量

以太网在速率上的高速发展的同时在对应用业务的支撑体系上也不断完善成熟,可以采用802.1P、DIFFSERV、MPLS流量工程的技术区分业务服务质量。目前以太网已经可以通过DIFFSERV+MPLSVPN的方式完成从桌面交换机到核心骨干设备的业务和用户级的通道技术,通过802.1P+DIFFSERV+MPLS流量工程的模式实现端到端的智能业务流处理。但是,从原理上说,万兆以太网接口只是提供传送通道,不对通道内所传输内容进行区分,因此,如何提供有保障的区分业务承载的问题仍需要研究解决。

3、网络信息安全

万兆接口一般不用于接入,且采用全双工模式,因此基本没有接入认证、半双工链路上的窃听等问题。但还是应当看到,作为一种IP技术,在万兆这样的高速接口上处理内容过滤、ACL、源地址过滤这样的安全相关操作会十分困难。