10 Gbit/s以太网的必由之路——全光物理网络

想飞的鱼

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<p><b>1、10 Gbit/s以太网的现状及趋势 </b></p>
<p>　　2002年春季，10 Gbit/s以太网标准IEEE
802.3ae-2002正式得到批准。这一标准引发了设备制造商、服务提供商和最终用户前所未有的兴趣，因为这一技术不仅能使局域网络的运行速度更快、容量更大，还可使服务提供商和网络管理人员运用这一技术建立新型企业广域网和城域网。
</p>
<p>　　从现有大部分企业的网络接口来看，现有的网卡几乎都能用于10 Mbit/s和100
Mbit/s以太网，某些网卡甚至开始支持通过光纤运行的吉比特以太网标准。当老式100
Mbit/s集线器或交换机被运行速率更高的集线器或交换机取代时，网络容量将自动提高10倍或100倍，而速率更高的交换链路的汇聚将增大主干网络的负荷量，从而有可能使网络吞吐量达到吉比特以上。随着应用的发展，局域网带宽需求很快将达到10～160
Gbit/s。在这种情况下，网络管理人员势必要考虑从交换机到服务器的新的链路标准、多条吉比特以太网链路的汇聚以及办公楼群之间的超高速连接，从而使10
Gbit/s以太网水到渠成。 </p>
<p>　　从服务质量方面来看，网络容量的增大有可能解决传统以太网服务质量存在的问题。10 Mbit/s和100
Mbit/s具有冲突检测的载波侦听多路存取（CSMA/CD）机制，可使几个网络节点共享同一条链路，但是每一节点只能在它侦听到该链路未被使用时才发送信息。如果两个节点同时发送信息，就可能发生冲突，使信息传送不出去，只有在随机时间出现时才能再次发送。发生冲突时网络运行速度下降，有可能引发接收数据包的顺序错误，从而使以太网不适合实时应用。同时，由于每个用户争用网络接入，因此也无法保证网络带宽。以太网应用中的这一实际问题使10
Gbit/s以太网应势而生。 </p>
<p>　　10 Gbit/s以太网可为保证网络带宽提供解决方案，从而使以太网带宽资源紧缺的问题得到解决，而且可以满足不同业务的需求。 </p>
<p><b>2、10 Gbit/s以太网标准基本技术 </b></p>
<p>　　IEEE 10 Gbit/s以太网特别工作组所定义的基本技术要求在于满足以下这样一些设计目标。 </p>
<p>　　●在媒体存取控制层（MAC）客户服务器接口保留802.3以太网帧格式； </p>
<p>　　●保留802.3标准最小和最大帧长度； </p>
<p>　　●只支持全双工； </p>
<p>　　●采用点到点连接和结构化电缆敷设技术，支持星型局域网拓扑； </p>
<p>　　●在MAC/PLS（专线业务）接口支持10 Gbit/s的传输速率； </p>
<p>　　●定义局域网和广域网两个物理层装置（PHY）系列，并定义MAC/PLS数据传输速率适应广域网物理层装置数据传输速率的机制； </p>
<p>　　●提供支持多模和单模光纤连接距离的物理层技术规范，见表1。 </p>
<p align="center">表1　IEEE 802.3ae最低传输距离要求 </p>
<div align="center">
<center>
<table width="30%" height="93" border="1">
<tbody>
<tr>
<td width="31%" height="13" align="middle"><font size="2">传输方式</font></td>
<td width="40%" height="13" align="middle"><font size="2">传输波长（nm）</font></td>
<td width="29%" height="13" align="middle"><font size="2">传输距离</font></td></tr>
<tr>
<td width="31%" height="13" align="middle"><font size="2">多模光纤</font></td>
<td width="40%" height="13" align="middle"><font size="2">850</font></td>
<td width="29%" height="13" align="middle"><font size="2">65 m</font></td></tr>
<tr>
<td width="31%" height="11" align="middle"><font size="2">多模光纤</font></td>
<td width="40%" height="11" align="middle"><font size="2">1310</font></td>
<td width="29%" height="11" align="middle"><font size="2">300 m</font></td></tr>
<tr>
<td width="31%" height="13" align="middle"><font size="2">单模光纤</font></td>
<td width="40%" height="13" align="middle"><font size="2">1310</font></td>
<td width="29%" height="13" align="middle"><font size="2">10 km</font></td></tr>
<tr>
<td width="31%" height="13" align="middle"><font size="2">单模光纤</font></td>
<td width="40%" height="13" align="middle"><font size="2">1550</font></td>
<td width="29%" height="13" align="middle"><font size="2">40
km</font></td></tr></tbody></table></center></div>
<p>　　802.3ae主要定义两种类型的物理层装置：局域网物理层装置和广域网物理层装置。广域网物理层装置是一种加到局域网物理层上的可扩充式操作功能。局域网和广域网物理层装置将支持每一种类型的独立物理媒体（PMD），因此支持相同的传输距离。
</p>
<p><b>3、10 Gbit/s以太网物理布线要求 </b></p>
<p>　　为了满足表1中所列传输距离的要求，IEEE 10
Gbit/s以太网工作组从20个支持各种传输距离和媒体类型的独立物理媒体建议中挑选出4个独立物理媒体，首选1310 nm串行独立物理媒体以满足其10
km单模光纤的传输距离要求，而后选择1550 nm串行解决方案以满足其单模光纤40 km的传输距离要求。 </p>
<p>　　在2004年2月，国际电机电子工程师协会（IEEE）核准了新的10 Gbit/s以太网规格，称为“10 Gbit/s
Base-CX4”。这种规格让10 Gbit/s以太网数据可透过铜缆传输。此规格让以太网络能在CX4（也就是4对双轴铜缆线）传输，和10 Gbit/s
InfiniBand及光纤信道使用的传输缆线相同。使用铜质接口的成本比使用光学接口要便宜，可部分降低部署10 Gbit/s以太网设备的成本。 </p>
<p>　　但新的10 Gbit/s Base-CX4标准中的铜缆布线却有很大的缺点，例如只支持在有效距离最长15
m以内的传输；而透过光纤的光学接口允许长距离传输10 Gbit/s以太网数据，最远可达40
km。新标准的第二个问题是：只能搭配4对双轴缆线使用，这种线缆与双绞线不同，但大多数企业网络用的是双绞线（twisted-pair cable）。所以，支持10
Gbit/s Base-CX4标准的装置，必须再另外布线。 </p>
<p><b>4、全光以太网物理层解决方案 </b></p>
<p>　　IEEE 802.3ae优先推荐的是全光纤网络，这使得10
Gbit/s全光以太网的浪潮扑面而来。但是，目前全光纤布线大部分还是只使用在主干部分，光纤到桌面、光纤到房间的应用不多，主要是因为价格高和光口端接工艺复杂。
</p>
<p>　　普通的ST、SC和FC光接头是单芯处理的，而且制作工艺复杂，有时需要动用熔接机等笨重的设备，这对于家庭或小型办公系统的使用是很不方便的；另一点就是普通光缆是比较脆弱的物理介质，不能有很大角度的弯曲，不能适应家庭和小型办公环境的复杂建筑特征，使用它进行到桌面的布线是不合适的。因此当10
Gbit/s光以太网到达楼层（FD）再向桌面、家庭延伸时，碰到了基础物理网络上的成本、工艺瓶颈。 </p>
<p>　　如何解决10 Gbit/s光以太网物理网络层的实施障碍呢?很多布线厂商推出了10 Gbit/s以太网解决方案，有的厂商依据10 Gbit/s
Base-CX4标准继续挖掘铜缆的潜力，而有的厂商则遵循IEEE 802.3ae物理网络推荐正推进全光10
Gbit/s以太网的革命。以3M公司为例，其网络通讯部推出的全光10
Gbit/s以太网解决方案，如图1所示，提供物理层、链路层、网络层一体化的网络解决方案，利用创新的VF-45端接技术及GGP高强度光纤技术，完全解决了构建全光10
Gbit/s以太网的成本和工艺障碍，使10 Gbit/s全光以太网得以顺利实施。 </p>
<p align="center"><img width="500" height="367" border="0" uploadpic="U020070309563619474230.jpg" oldsrc="W020070312302769293660.jpg" oldid="222693" src="http://www.catr.cn/cttlcds/document?type=wcm&amp;wcmfile=W020070312302769293660.jpg&amp;channelid=75373" alt=""/>
                </p>
<p align="center">图1　3M Volition全光10 Gbit/s以太网解决方案 </p>
<p>　　利用3M专利技术VF-45光纤连接器可以组建一个经济可靠的全光网系统，安装时间从传统的手工研磨SC连接器的10～15 min缩短到2
min以内。与其他传统的光纤连接器相比，VF-45具有比较显著的时间成本、人力成本和产品成本优势。同时通过其专利的V型槽技术，在降低施工成本和产品成本的同时能够保证接续质量，从技术数据来看，VF-45接头的平均衰减只有0.21
dB。 </p>
<p>　　同时，从墙面光纤插座到用户桌面的光连接跳线采用具有高抗踩/抗挠/抗弯折特性的GGP光纤跳线对项目的成功应用尤其重要。3M公司提供的具有专利技术的GGP跳线同其他普通跳线比较，能够将抗拉强度增加一倍，弯曲半径减小一倍。这样高强度的跳线将会给日后客户的稳定应用带来很大的保障。在顺利过渡到10
Gbit/s的过程中，可轻松实现光纤物理网络。 </p>
<p>　　人们对网络速度的渴求是永无止境。今天我们实施了10 Gbit/s全光以太网，明天就要迎接100 Gbit/s甚至1
Tbit/s网络的挑战，而正是这不断的挑战和创新，我们的世界才会更加精彩。</p></font>