千兆级网络

▓`脩●^囉＂

看不懂，太长了！

x-god

好网络

好强大

donghai53666

太长了,有时间在看

yanyan5461

谢谢分享！！！！！！！！！！！！

8672578

[s:159]看不太懂 但是貌似越大 速度越快袄

zhaowl

不懂，太长了！!!!!!

shengsheng55

什么东西啊？
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jsedy

以太网技术已经从10Mbit/s的标准以太网、发展到100Mbit/s的快速以太网。由于快速以太网技术仍然采用CSMA/CD协议和802.3标准规定的帧格式和帧长度，理论上能够很容易完成网络的升级成为快速以太网，而随着快速以太网技术的普及，网络设备价格的下降，使现实网络中的许多终端都采用了100BASE-T连接，这势必对网络主干和服务器的连接提出了更高的速度要求。

  同时随着当今社会各种应用对网络带宽的要求也越来越高，尤其是高性能交互式网络的应用，需要吉比特的以太网，在这种情况下，吉比特交换式以太网应运而生。

  吉比特以太网是对IEEE 802.3以太网标准的扩展，在基于以太网协议的基础之上，将快速以太网的传输速率（100Mbps）提高了10倍，达到了1 Gbps，其国际标准是IEEE 802.3z和IEEE 802.3ab。吉比特以太网是以太网技术的改进和提高，仍然采用与其前代相同的CSMA/CD协议、相同的帧格式和相同的帧长度，因此吉比特以太网技术以自然的方法来升级现有的以太网络、工作站、管理工具和管理人员的技能，对于标准以太网和快速以太网，不需要大的网络投资，也不需要增加网络协议和网络管理人员的新的培训，就可以实现网络升级，使网络具有超过100Mbit/s的传输速率。

5.5.1 吉比特以太网标准及协议构架

  1996年7月开始了吉比特以太网的标准化过程，初步的可行性研究之后，IEEE802.3委员会成立了IEEE 802.3z工作组，制定基于光纤和同轴电缆的吉比特以太网标准，于1998年6月发布了IEEE 802.3z吉比特以太网标准。IEEE802.3委员会还成立了IEEE 802.3ab工作组，制定基于第五类非屏蔽双绞线UTP的吉比特以太网标准，该标准目前仍处于研究当中。图5-26给出了吉比特以太网的功能层组成。

  吉比特以太网是相当成功的10Mbps以太网和100Mbps快速以太网连接标准的扩展，IEEE 802.3z作为吉比特以太网的成熟标准，其目标是：

(1) 使用IEEE 802.3帧格式；

(2) 可以使用全双工和半双工；

(3) 共享模式下仍使用CSMA/CD；

(4) 对安装介质的向后兼容；

(5) 传输速度比快速以太网提高十倍，比以太网提高一百倍。



图5-26 吉比特以太网的功能层组成


IEEE 802.3z标准主要定义了吉比特以太网的物理层标准，根据OSI模型，物理层负责定义网络设备间物理链路的机械、电气和过程特性。IEEE 802.3z标准为吉比特以太网通信提供了多个物理层标准。

  两个物理层标准用于通过光纤实现Gbit/s通信，1000BASE-SX以低价格的多模光纤实现短距离通信，1000BASE-LX用多模光纤实现建筑物之间的通信，或者单模光纤实现校园范围内的通信。

  另外两个物理层标准用于通过铜线实现Gbit/s通信，一个是1000BASE-CX，采用8B/10B编码，在25m范围内，利用同轴电缆实现室内网络设备之间的通信，另一个利用铜线实现Gbit/s通信的标准由IEEE 802.3ab工作组制定，其目标是利用4对5类非屏蔽双绞线实现Gbit/s通信的距离达到100m，它必须定义一种新的物理层和介质访问控制子层之间的接口来规范不同介质、不同编码方法的物理层和介质访问控制子层之间的功能界面。这种物理层标准可以保护用户在5类UTP布线系统上的投资，同时与10BASE-T、100BASE-T完全兼容。表5-9给出了IEEE 802.3z吉比特以太网标准。

表5-9 IEEE 802.3z吉比特以太网标准

标准
光纤类型
光纤直径（微米）
最大传输距离(米)

1000BASE-SX
多模
62.5
260

1000BASE-SX
多模
50
525

1000BASE-LX
多模
62.5
550

1000BASE-LX
多模
50
550

1000BASE-LX
单模
9
3000


5.5.2 吉比特以太网物理层

  IEEE 802.3工作组的大量工作是在千兆以太网物理标准的制定上。千兆以太网实现的功能依赖于某种物理层标准。IEEE 802．3z工作小组已经为千兆以太网制定了几种物理层标准。

  千兆以太网物理层的主要工作包括：数据的编码与解码、数据比特流的传输与故障显示、建立链路所需的各种特性。IEEE 802.3z标准提供了两种不同的编码/译码机制。其中，8B/10B主要适用于光纤介质和特殊屏蔽铜缆，而5类UTP则使用自己专门的编码/译码方案。

根据传输介质的不同，千兆以太网物理层标准分为4类：

一、1000BASE-SX标准

  1000BASE-SX标准是在光纤上传输信号的两个千兆以太网物理层标准之一。其目标是水平方向或较短距离的多模光纤为传输主干，是一种使用短波激光作为信号源的网络介质技术，收发器上所配置的波长为770-860nm（一般为800nm）的激光传输器不支持单模光纤，只能使用多模光纤，直径为62.5微米和50微米。

  使用62.5微米多模光纤全双工模式下的最长传输距离为275米；使用50微米多模光纤，全双工模式下最长有效距离为550米，数据编码方法为8B/10B。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-SX所使用的光纤连接器为SC型连接器。

二、1000BASE-LX标准

  1000BASE-LX标准的目标是距离更长的多模建筑光纤主干或是单模园区主干。1000BASE-LX标准是一种使用长波激光作为信号源的网络介质技术，在收发器上配置波长为1270-1355nm（一般为1300nm）的激光传输器，既可以驱动多模光纤，也可以驱动单模光纤。

  1000BASE-LX所使用的光纤为：62.5微米多模光纤、50微米多模光纤和9微米单模光纤。其中，使用多模光纤时，在全双工模式下，最长传输距离可以达到550米；使用单模光纤时，全双工模式下的最长有效距离为5000米，数据编码方法为8B/10B。1000BASE-LX所使用的光纤连接器也为SC型连接器。

  最初千兆以太网使用光纤通道，现在1.063 Gbit/s的光纤通过技术已作了改进，可以达到1.25 Gbit/s的速率。对于更长的链路——单模光纤长达3公里的链路和长达550米的62.5微米多模光纤链路（1300nm长波光纤）的标准化也在进行中。

三、1000BASE-CX标准

  1000BASE-CX标准是第一个由802.3z工作小组起草的铜线连接标准，此标准支持网络设备之间的短距离铜线连接，支持25米距离的交换控制柜或计算机机房跳线连接。

  1000BASE-CX使用的一种特殊规格的高质量平衡双绞线对的屏蔽铜缆，最长有效距离为25米，传输速率1.25Gbit/s，数据编码方法采用8B/10B，使用9芯D型连接器连接电缆。

  1000BASE-CX适用于交换机之间的短距离连接，尤其适合千兆主干交换机和主服务器之间的短距离连接。以上连接往往可以在机房配线架上以跨线方式实现，不需要再使用长距离的铜缆或光缆。

四、1000BASE-T标准

  1000BASE-T标准与1000BASE-CX标准是使用铜缆作为网络介质的两种千兆以太网技术。1000Base-T是一种使用4对5类UTP作为网络传输介质的千兆以太网技术，最长有效距离可以达到100米。

  该标准用于水平方向布线，充分利用现有的UTP线缆，用户可以采用这种技术在原有的快速以太网系统中实现从100Mbps到1000Mbps的平滑升级。与我们在前面所介绍的其它三种网络介质不同，1000Base-T不支持8B/10B编码/译码方案，需要采用专门的更加先进的编码/译码机制。

IEEE 802．3z标准支持千兆以太网在UTP线缆上运行的半导体技术和数字处理技术。为了适应这种超前计划，在MAC层和物理层之间将定义一个逻辑接口，去耦光纤通过的8B／10B编码。允许其他的编码机制和支持性能价格比占优的UTP线缆。

5.5.3 吉比特以太网MAC子层

  吉比特以太网MAC子层的主要工作包括：信息帧的封装和拆装，信息帧的寻址与识别，信息帧的接受与发送，以及链路管理、差错控制和维护。

按IEEE 802.3z的规定，吉比特以太网MAC子层有两种介质访问方法，全双工方式和半双工方式。

全双工方式适用于交换机与交换机或者交换机与节点之间的连接，连接的两个节点可同时发送、接收数据包，不存在冲突和竞争的问题，交换机和其他缓冲型的转发设备不作载波扩充、“时隙”扩充和包突发修改。全双工设备仍将继续使用常规的以太网96位帧间隔（IFG），64字节的最小包长度和1514字节的最大包长度。全双工方式时，吉比特以太网采用IEEE 802.3x全双工/流量控制协议，以避免拥塞和过载。

在半双工操作模式中，吉比特以太网也采用同样的CSMA／CD基本访问方法，解决共享介质的访问冲突问题。

吉比特以太网的传输速率比快速以太网快10倍，而其帧的长度和快速以太网相同，如果不采用新技术，吉比特以太网的网络直径将会大大缩小。为了使吉比特以太网在保持G级速率的条件下仍能维持200米的网络访问距离，起用了两种新技术：

（1） 载体扩展技术（Carrier Extension）

  在全双工操作模式中，由于不存在冲突和竞争的问题，最小帧长度为64字节，不需采用载体扩展技术。在半双工操作模式中，发送工作站在传送最小的以太网包时，可能在检测到冲突之前就已完成了传输，从而疏漏了这种由冲突产生的传输差错。

为了解决上述问题，增强CSMA／CD功能，使CSMA／CD的最小载波时间和以太网“时隙”都加大，采用载体扩展技术：从目前的64字节扩展到新的512字节，小于512字节的包加上额外载波扩充，大于512字节的包则不作扩充。因为这些修改可能影响传输小包的性能，降低了网络带宽的利用率，因此在CSMA／CD算法中加入了新技术以资补充——数据包突发（packet bursting）技术。

（2） 数据包突发技术（packet bursting）

  数据包分组技术的原理是：允许站点每次发送多帧，如果帧长太短，只有第一帧需要添加载体扩展信号，如果第一帧发送成功，后续帧可连续发送，而不需要添加载体扩展信号，这种连续发送数据帧的方法就称做数据包突发。

数据包突发技术允许服务器、交换机和其他网络设备发送小包，以充分利用网络带宽。

5.5.4 吉比特以太网支持第三层交换

  吉比特以太网的设计非常灵活，几乎对网络结构没有限制，可以是交换式、共享式的或基于路由器的。现在正在应用的网络互连技术，例如，特定IP交换技术和第三层的交换技术，都与吉比特以太网完全兼容。

  以太网交换机和快速以太网交换机只提供数据链路层的帧交换，使用MAC地址寻址，由硬件完成交换，速度很快。在交换机只有第二层交换功能时，如果要互连不同的网络，就必须使用工作于第三层的网络互连设备路由器。在虚拟局域网技术广泛使用的今天，也需要路由器桥接这些虚拟局域网。

采用路由器作为网络的核心所产生的问题有：

（1）路由器增加了3层路由选择的时间，数据的传输效率低

（2）增加、移动和改变节点的复杂性有增无减

（3）路由器价格昂贵、结构复杂

（4）增加子网/虚拟网的互连意味着要增加路由器端口，投资也增大。

  吉比特以太网要成为局域主干网和城域主干网，就要避免网络路由器成为网络瓶颈。第三层交换机是基于吉比特以太网的IP网络迁移的理想选择。许多吉比特以太网交换机提供第三层交换功能，成为支持路由器功能的吉比特以太网交换机。

5.5.5 吉比特以太网主要特点
一、千兆以太网技术性能优势：

1．技术简单，容易升级

  吉比特交换式以太网技术简单，采用和10Mbit/s的标准以太网相同的帧格式和帧长度，保留管理工具和对网络概念上的认识。在半双工操作模式下，采用同样的CSMA／CD基本访问方法，解决共享介质的访问冲突问题。从管理者的角度看，吉比特交换式以太网比标准以太网和快速以太网没有什么差别，只是速度快了而已。

2．低成本，方便的10/100/1000Mbps升级

  网络升级时的成本包括购买设备的费用、管理人员的培训费用、网络维护费用等。随着以太网设备的大量使用，其价格在不断的下降。使得建设以太网的成本不断降低。由于以太网技术的简单性和应用的普及性，$1850的吉比特以太网交换机比$4800的622M的ATM交换机便宜了很多。随着ASIC技术的发展、硅片生产工艺的提高，性价比更高的吉比特以太网交换机会更快出现。

在寻求改善现有网络性能的方法时，网络管理人员需要知道升级到一种新技术将如何影响当前网络，其中一个关键因素就是能否保护公司在现有设备和人员培训方面的投资。

  因为千兆以太网是建立在以太网技术基础上的，它的升级道路与大家熟知的从10M升级到100M的升级道路一致。现有以太网和快速以太网设备与千兆以太网兼容，从现有的传统以太网和快速以太网可以平滑地过渡到千兆以太网，而且，网络管理人员已经非常熟悉以太网标准，并不需要掌握新的配置、管理与排除故障技术，因此不需要进行管理人员的再培训。其结果是能够获得性能优势，还能依靠公司在基础设施和培训方面的现有投资，避免昂贵的协议、硬件和电缆连接变化，此外，对网络的各种破坏将减少到最低程度，网络投资可以得到保护，无需对用户进行再培训，也无需为额外的网络协议进行投资。

3．具有支持新的网络应用和数据类型的应用

吉比特交换式以太网能够提供高带宽；能应用在以太网上的新协议，提供带宽预留；能提供对虚拟网络的支持，对报文分配优先级，支持组播；广泛采用先进的视频压缩技术。这些技术优势使得吉比特交换式以太网在支持多媒体数据传输方面更具优势，能够传输语音、视频等新的数据类型。

4．网络设计灵活、良好的互操作性

  吉比特以太网支持第三层交换技术，集交换和路由于一身，在设计吉比特以太网时，只需关心成本，无需过多考虑网络的互连和网络的拓扑结构。千兆以太网有良好的互操作性，并具有向后兼容性。

二、吉比特以太网的主要优点

千兆以太网的速度比普通以太网快100倍、比快速以太网快10倍。吉比特以太网的主要优点包括：

（1） 增大了带宽来获得更高的性能，并且消除了瓶颈。

（2） 广泛的部署能力，使用1000Base-T的第5类铜线电缆上的吉比特技术，不需要重

新布线。

（3） 利用吉比特服务器网卡和交换机，通过链路聚合实现多个吉比特的速度。

（4） 全双工能力，允许同时接收和发送数据，这样相当于将有效带宽翻倍。

（5） 其服务质量（QoS）特性，可用来帮助消除视频抖动和音频失真。

（6） 采购和拥有成本低廉。

（7） 具有流量控制技术，可以防止拥塞和溢出。

（8） 可在现有传输介质上运行，但是距离受到限制。

三、吉比特以太网的主要缺点

（1） 吉比特以太网仅仅是带宽的扩大，对于在时延抖动、拥塞控制和带宽按需分配等方面的多媒体业务服务质量比ATM网络要差一些。

（2） 与广域网连接时，由于使用的是标准接口将造成瓶颈。

（3） 网络直径比现有的局域网小。

5.5.6 吉比特以太网服务质量保证

  为满足各种业务应用的需求，要求吉比特以太网提供某种形式的服务质量保证，为此采用了交换技术、RSVP协议、提供服务优先权等技术手段。

一、交换技术

  吉比特以太网普片采用了交换技术来获得网络传输带宽和交换能力的提高，以提供每个节点独享的吉比特速率。目前已有许多厂商生产吉比特以太网交换机，例如Cisco公司的Catalyst 6000系列，3Com公司的CoreBuilder 9000 千兆核心交换机，

二、提供服务优先权

  提供服务优先权，采用IEEE802.1Q和IEEE802.1P等协议，为网络应用提供虚拟局域网VLAN和有限等级服务。IEEE 802.1P通过在以太网的帧格式中增加3个比特共支持8级来提供优先级，使以太网能够及时响应独立端站主机对网络发出的某个服务质量QoS请求，该标准还界定了组播（Multicast）分组管理，保证以太网上的多媒体应用需求。

三、RSVP协议

  采用RSVP（Resource Reservation Protocol ）协议进行资源预留，RSVP由接受方发起，为单播和组播IP服务提供端到端的资源预留，为特定的应用提供预留的带宽，满足应用对带宽的要求。通过在以太网帧位中标记数据流类型，使网络在传输中识别其优先级别，以保证高优先级的数据流优先占用带宽资源，弥补以太网对延时敏感应用支持的不足。

四、流量控制

  IEEE 802.3x 是以太网的一种流控机制。当客户终端向服务器发出请求后，自身系统或网络产生拥塞时，它会向服务器发出一种暂停帧，以延缓服务器的数据传输。

  千兆设备对该机制的支持，补充了千兆以太网的控制功能，在两台工作站之间基于点对点链路间可以建立流量控制机制。当一端接收信息的工作站出现网络拥塞时，可以向位于另一端的信息发送方发出一个被称为暂停帧的特殊控制帧，指示发送方在指定的时间段内暂停发送数据。当网络恢复正常之后，接收方会向发送方发出重新传递数据的指令。

  流量控制机制可以有效的在信息发送方和接收方之间实现数据收发速度上的匹配。例如，一台服务器可以在每秒钟内向客户端传送3000个数据包，但是位于客户端的工作站可能由于系统本身或网络的负载过大而无法以相同的速率接收服务器发出的信息，这时，客户端工作站可以发出暂停指令帧要求服务器等待一段时间之后再重新进行数据的传送。

5.5.7 千兆以太网升级

  随着越来越多的台式机和工作组升级为快速以太网，网络骨干上的集中通信业务量将明显增长。要应对这一通信业务，所有新的骨干交换机必须支持1000Mbps千兆以太网上行链路。在普通情况下，向更高速度的升级可分为以下几个阶段进行：

1. 高性能吉比特交换机汇集骨干通信业务。

2. 利用交换机到交换机的连接，吉比特以太网在网络骨干中被交换和路由传输。

3. 利用吉比特交换机来部署更宽的服务器到交换机带宽，以支持吉比特以太网网卡，将服务器连接提高到1000Mbps。

下面介绍几种常见的升级方案。

一、交换机到交换机链路的升级

  一个非常直接的升级方案是将快速以太网交换机之间或中继器之间的100Mbit／s链路提高到1000Mbit／s。交换机到交换机的高带宽链路允许100／1000交换机支持更多的交换式或共享式快速以太网网段。

二、交换机到服务器链路的升级

最简单的升级方案是将快速以太网交换机升级为千兆以太网交换机，以获得从具备千兆以太网网卡的高性能的超级服务器集群到网络的高速互联能力。

三、交换式快速以太主干网的升级

  连接多个10／100交换机的快速以太网主干交换机可以升级为千兆以太网交换机，支持多台100／1000交换机，以及其他的设备，如路由器，带有千兆以太网接口和上联功能的集线器，在需要时也可以是千兆以太网中继器和数据缓冲分配器。一旦主干升级为千兆以太网交换机，高性能的服务器可以通过千兆以太网接口卡直接连接到主干上，为宽带用户提供更高的访问能力。同时网络可以支持更多的网段，为每个网段提供更大的带宽，使各网段支持更多的节点接入

四、共享式FDDI主干网的升级

  园区或建筑FDM主干网络可以利用千兆以太网交换机或数据缓冲分配器，更换现有的FDM集中器、集线器或以太网到FDM路由器的方式升级。升级仅要求在路由器、交换机或中继器上安装新的以太网接口。在光纤上的投资受到保护，每个网段带宽增加了至少十倍，总带宽增大。

五、高性能的台式机升级

  在采用千兆以太网的最后阶段，当快速以太网或FDDI连接的台式机带宽不够时，千兆以太网网卡就派上用场。用千兆以太网的连接能力提高高性能台式机的能力。

5.5.8 吉比特以太网的应用及应用典例

  千兆以太网的主要应用领域有高速局域主干网、宽带城域主干网、高性能计算环境、分布式计算和多媒体应用等。

  目前广泛应用的高速局域主干网技术有100BASE-T、FDDI和155Mbit/s ATM等，随着音频、视频应用的发展，要求局域主干网具有更高的技术，千兆以太网在快速以太网的基础上发展而来，在100BASE-T的基础上可以很容易实现升级。

  宽带城域网技术主要有分布式队列双总线DQDB，ATM和帧中继。随着IP应用的不断推广，千兆以太网作为一种性价比很高的宽带技术将在城域网中发挥主导作用，尤其在IP over Optical 技术上。

5.5.9 千兆以太网技术与ATM技术的比较

ATM技术、千兆以太网以及正在研究中的万兆以太网的出现，为高速局域网络主干提供了多种技术选择。

  ATM具有可延展性和灵活性，当需要新应用和新设备时，可以支持不断扩大网络的容量和性能，从而最大限度地保护用户投资。另外，ATM面向连接的特点和ATM交换机之间复杂而全面的控制功能，可以用ATM建设一个大范围的、高速高效的交换网络，实现局域网和广域网的统一。

  虽然ATM具有明显的优势，但也有其很大的缺点：首先，ATM目前主要承载IP业务，开销较高，对于155M ATM接口来说，有30M为开销；其次，不少厂商的ATM交换机之间难以保持完全兼容；而且ATM产品的价格相对千兆以太网较为昂贵，如ATM交换机比以太网交换机贵得多，装配过程也很复杂，而且，台式计算机的ATM网卡价格相当高；再有，ATM技术较为复杂，对网络管理员要求较高。今天，从ATM技术在企业用户的组网设计来看，很难为用户提供端到端的服务质量保证，原因在于在这种网络拓扑结构中，ATM仅作为网络的骨干连接，以及高性能服务器连接，而最终到用户的连接仍然通过LAN Emulation到以太网。中小型企业仅当需要极高性能网络来支持某些集中数据应用（如大规模的图像工程）时，才使用ATM到桌面。

  与ATM相比，千兆以太网更大众化，它具有成本低廉、互连性好、升级容易、组网简单、技术支持厂家多、技术发展快的优势。从目前应用来看，高速以太网技术处于局域网技术主导地位。从高速以太网技术来说，基于IEEE802.3的标准，采用和传统10M，100M以太网同样核心的CSMA/CD协议、帧格式和帧长，无须帧格式转换，从上向下的无缝兼容。与ATM相比， IP over Gigabit Ethernet，开销仅有2%，带宽利用率高。而且，千兆以太网很高的性能价格比，最终可以实现在原有低速以太网基础上平滑的网络升级，同时，管理和监控方式一致（网管和网络分析工具相同），不需要重新培训技术人员和用户，不需要另外的协议和中间件的投资，从而能最大限度地保护用户以前的投资。

  千兆以太网提供高速连接能力，但本身不提供完整的服务功能，如QoS、自动冗余容错或高层路由功能，这些功能需要在其他开放标准中定义。今天，千兆以太网的成功不依赖于标准的任何部分，标准的任何部分都可以根据市场和产品质量的需求进行更新。