千兆位以太网技术

千兆位以太网是一种新型高速局域网，他可以提供1Gb／s的通信带宽，采用和传统10／100M以太网同样的CSMA／CD协议、帧格式和帧长，因此可以实现在原有低速以太网基础上平滑、连续性的网络升级，从而能最大限度地保护用户以前的投资。
1　千兆位以太网出现的背景
以太网技术是当今应用最为广泛的网络技术，然而随着网络通信流量的不断增加，传统10M以太网在C／S计算环境中已很不适应。通信的拥塞推进了对高速网络的需求。
从目前的发展看，最合适的解决方案是千兆以太网。千兆以太网可以为园区网络提供1Gb／s的通信带宽，而且具有以太网的简易性；以及和其他类似速率的通信技术比具有价格低廉的特点。千兆以太网在当前以太网基础之上平滑过渡，综合平衡了现有的端点工作站、治理工具和培训基础等各种因素。
千兆以太网采用同样的CSMA／CD协议、同样的帧格式和同样的帧长。对于广大的网络用户来说，这就意味着现有的投资可以在合理的初始开销上延续到千兆以太网，不需要对技术支持人员和用户进行重新培训，不需要做另外的协议和中间件的投资。结果是用户的总体开销较低。
2　千兆位以太网技术的特点
由以太网所支持的简易网络升级，以及对新应用和数据类型处理的灵活性、网络的可伸缩性，使得千兆以太网成为高速、高带宽网络的战略性选择。他主要具有以下几个特性。
2．1　简便、直接的高性能升级，而且无网络崩溃危险
网络治理员所面临的一个重要问题是如何获得更高网络带宽，而不至于使现存的网络瘫痪。千兆以太网采用和以前的10／100M以太网相同的格式，执行同样功能。这样，向更高速度网络发展时，升级就成为直接性的和增加性的。所有的3种以太网都采用同样的IEEE802．3帧格式，同样的双工操作和流控机制。单工操作模式中，千兆以太网采用同样的基本CSMA／CD访问方式解决共享介质的冲突问题。而且千兆以太网使用同样的、由IEEE802．3小组定义的治理对象。千兆以太网还是以太网，只是更快。
（1）以太网帧格式
使用局域网交换器或路由器将现有的低速以太网设备和千兆以太网设备连接很简单，利用同样的线路速率互联即可。千兆以太网使用同样的变量长度，由于所有的以太网的帧格式和长度都相同，没有必要做网络的其他变动。这种革命性的网络升级途径使得千兆以太网可以“无缝”融入现存的以太网和快速以太网之中。
　按IEEE802．3x的规定，通过全双工、交换方式连接的2个节点可同时发送、接收数据包。千兆以太网在双工操作模式中延续同样的标准。而且千兆以太网采用标难以太网的流控方法避免网络拥塞和超载。在单工操作模式中，千兆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。
（3）治理对象
从以太网过渡到快速以太网，大多数网络治理员所熟悉的基本治理对象仍将在千兆以太网上得以延续。例如，SNMP定义了获取设备级的以太网信息的标准方法。SNMP利用治理信息库（MIB）记录要害性的统计信息，诸如冲突计数、发送或接收的数据包、出错率等各种设备级的信息。其他的信息由远程监视（RMON）代理收集，通过网络治理的应用程序汇集各种统计数据。由于千兆以太网使用标准以太网帧，所以可以使用同样的MIB和RMON代理，在千兆速率上作网络治理。
2．2　较低的总体开销
总体开销是评价新型网络技术的一个重要的因素。总体开销不仅包括购买设备的开销，还应包括培训、维护和纠错的开销。
竞争和经济发展已经将以太网的连接开销大大降低了。虽然快速以太网产品只是从1994年开始供货，但在前五年中其产品价格已经显著降低。千兆以太网将延续同样的发展过程。甚至早期产品就能提供较好的性能价格比。IEEE的目标是以100BASE-FX连接价格的2～3倍提供千兆以太网的连接。随着产品数量的增加，IC生产线会简化，低价光电设备会被研究出来，千兆以太网端口价格将不断降低。
交换式千兆以太网连接开销低于622Mb／sATM（假定物理介质相同），这是因为产品相对简单，产品数量更大。千兆以太网中继器接口大大低于622Mb／sATM。为用户提供性能价格比优越的数据中心主干网络和服务器连接的解决方案。
最后，由于现有系统的用户早已熟悉了以太网技术，以太网的维护和纠错工具，以太网的支持开销将远远低于其他的技术。千兆以太网只需要对人员的进一步培训，附加性购置维护和纠错工具。除此之外，千兆以太网将比其他技术更快。一旦升级培训和升级工具完成之后，网络支持人员可以有充分信心作千兆以太网的安装和纠错工作。
2．3　对新型应用和数据类型的支持
Intranet应用的出现预示着新数据类型发展。包括视频和音频。在过去，人们认为视频需要一种新的、专为多媒体设计的技术，但是如今由于新标准、新协议的出现，将数据和视频综合在以太网上已经成为可能。
2．4　灵活的网络互联和网络设计
网络治理员当今面临着无数个网络互联的选择和网络设计的各种解决方案。这些选择包括各种路由和交换网络，包括建立规模不断增长的内部网络。基于带宽要求和经费情况，以太网可为共享式的（使用中继器）或交换式的网络。然而高速网络的选择应当不受互联方式和网络拓扑的限制。
2．5　仍然不能保证服务质量
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服务质量（QoS）、自动冗余容错或是高层寻径功能。这些功能在其他开放标准中定义。如同所有的以太网描述，千兆以太网定义OSI协议模型的数据链路层（第2层），TCP和IP分别在传送层（第4层）和网络层（第3层）部分中定义，答应在应用之间的可靠通信服务。QoS等问题在最初的千兆以太网描述中未曾涉及，但是必须由此类标准的几种中加以定义。
3　千兆位以太网的应用
千兆位以太网的最初应用将是园区和建筑中要求更高带宽的各种设备之间的通信，包括路由器、交换器、集线器、中继器和服务器等。例如交换器到路由器、交换器到交换器、交换器到服务器和中继器到交换器连接。在早期阶段，千兆以太网预计不会广泛用于台式环境。不论什么场合，网络操作系统（NOS）、台式机的应用和NIC驱动程序都会保持不变。MIS治理员不仅可以继续使用现有多模光纤，而且也可以考虑当前的网络治理、网络应用和工具的投资，在原有投资和新投资上取得平衡。
（1）对交换器到交换器连接的升级，可以获得100／1000M交换器之间的1000Mb／s信道。
一个非常直接的升级方案是将快速以太网交换器之间或中继器之间的100Mb／s的链路升到1000Mb／s。如此的高带宽、交换器到交换器的链路可以使100／1000M交换器支持更多数量的交换式或共享式的快速以太网网段。
（2）对交换器到服务器连接的升级，可获得从应用到文件服务器的高速访问能力。
最简单的升级方案是将快速以太网交换器升级为千兆以太网交换器，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。
（3）对交换式快速以太主干网的升级，这可以通过用千兆位以太网交换器或中继器汇接快速以太网交换器来实现。
连接多个10／100M交换器的快速以太网主干交换器可以升级为千兆以太网交换器，支持多台100／1000M交换器，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器，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，为使用高带宽的用户提供更高的访问吞吐能力。同时网络可以支持更多数量的网段，为每个网段提供更高带宽，使各网段支持更多的节点接入能力。
（4）对共享式FDDI主干网的升级，可通过用千兆位以太网交换器或中继器安装FDDI交换器或以太网到FDDI交换器／路由器来实现。
园区或建筑FDDI主干网络可以采用利用千兆以太网交换器或数据缓冲分配器，更换现有的FDDI集中器、集线器或以太网到FDDI路由器的方式升级。升级仅要求在路由器、交换器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10倍，总带宽增大。如图所示。



（5）对高性能的台式机升级，用千兆位以太网接口卡连接千兆以太网交换器或中继器可以实现。
在采用千兆以太网的最后阶段，当快速以太网或FDDI连接的台式机带宽也不够时，千兆以太网网卡NIC就派上用场，用千兆以太网的连接能力升级高性能的台式机。高性能台式计算机就连接到千兆以太网交换器或数据缓冲分配器上。