10千兆以太网标准化的进展

　1 概述

　　以太网的发展已经历了28年。下面回顾一下10千兆以太网出现之前以太网发展史中的几件大事：

• 1973 年，Metcalfe的以太网原型问世；
  
• 1976 年，Metcalfe和Boggs的著名以太网论文发表；
  
• 1980 年，Digital、Intel和Xerox 3个公司联合提出的DIX以太网规约发表；
  
• 1985 年，以太网正式标准IEEE 802.3发表；
  
• 1987年，双绞线以太网标准1 BASE5发表；
  
• 1990年，双绞线以太网标准10 BASE－T发表；
  
• 1993 年，100 Mbit/s以太网问世；
  
• 1995 年，100 BASE－T标准IEEE 802.3u发表；
  
• 1996 年，千兆以太网问世；
  
• 1998 年，1 000 BASE－X标准IEEE 802.3z发表。

　　到了以太网问世的25年后，以太网在局域网中已占有统治地位。分析其原因有：在以太 网发展的前20年，以太网已便于用户使用；在双绞线以太网问世后，使以太网更加可靠和便 于安装使用，导致以太网成为局域网中的主流网络；在以太网不断提高数据速率的过程中， 始终使其帧格式不变(如从10 Mbit/s 速率升级到100 Mbit/s以及1 Gbit/s)，给用户的局域 网升级带来了很大的方便；以太网用户的增长又产生了规模效应，使得以太网的价格大幅度 下降，形成良性循环。现在，数以亿计的用户使网络的效益大大增长，并且千兆以太网问世 后很快就进入了城域网领域。根据1998 年的统计，全世界以太网网卡总数已超过4 800万块 ，而ATM、FDDI和令牌环的网卡总数仅500万块左右。

　　千兆以太网问世后，以太网的发展并未停顿，1999年3月成立了IEEE 802.3高速研究组( HSSG--Higher Speed Study Group)。HSSG的任务是致力于10千兆以太网的研究。在文献 中，10千兆以太网常被记为10 GbE或10 GE，中国也有人将10 GbE译为“万兆以太网”。

　　2 使用10千兆以太网带来的效益

　　在千兆以太网问世后，10千兆以太网之所以又引起人们的广泛关注，是因为使用10千兆 以太网会带来以下的一些好处：

• 可以聚合已安装的许多千兆以太网的网段；
  
• 将企业的局域网和服务提供者的局域网的主干网进行升级；
  
• 与已安装的3亿个以太网交换端口相匹配；
  
• 支持所有类型的通信量和业务(数据、分组话音和视像)；
  
• 支持城域网和广域网；
  
• 比其他种类的网络更快和更简单。

　　根据国外的市场前景预测，10千兆以太网的市场前景非常乐观，将在城域网和广域网的 市场中占据明显份额。预计到2003年，10千兆以太网在城域网和广域网中的年收入将增长25 倍，达到18亿美元，将在局域网中占有更多的份额；在2004年，其市场将达到36亿美元。

　　从图1可以看出，10千兆以太网的市场来自其经济性。

图1　10千兆以太网的经济性

　　3 10千兆以太网的标准化过程

　　IEEE的有关机构之间的关系如图2所示。IEEE的802.3工作组负责整个802委员会范围内的各种标准的制订；802.3工作组中的一个任务组802.3ae具体进行10千兆以太网标准的开发 ；新标准委员会NesCom (New Standards Committee)确保所要制订的标准是在IEEE关心的范围之内；评审委员会RevCom (Review Committee)审查所提出的新标准，并向标准部(Standa rd Board)建议是否批准此标准；倡议组(Sponsor)是IEEE内的一个技术协会或委员会，所有 需要制定的标准必须由IEEE的倡议组先提出，然后才交给相关的工作组来制订。由于802.3 是个大的工作组，因此它再划分为若干个较小的任务组来制订具体的标准。投票需要75％以 上的支持才能通过。

图2　IEEE制订标准的有关机构之间的关系

　　IEEE 802.3ae任务组在制订标准时，主要考虑以下几点：

• 有广阔的市场前景；
  
• 与802.3标准兼容；
  
• 有明显的特点；
  
• 技术上可行；
  
• 经济上可行。

　　IEEE制定各种标准的流程如图3所示。

图3　IEEE制定标准的流程

　　10千兆以太网标准化过程的时间表如图4所示。可以看出，10千兆以太网标准预计在200 2年第1季度结束时完成。

图4　10千兆以太网标准化过程的时间表

　　图5是各种以太网标准的批准时间，其中10千兆以太网的批准时间是预计的。可以看出 ，从10 BASE－T标准到10千兆以太网标准，每经过大概相同的几年，以太网的速率就增长到 原有数值的10倍，这种指数规律的增长速率是很惊人的。

图5　各种以太网标准的批准时间

　　为了使10千兆以太网能够更快地进入市场，还成立了另一个机构，这就是10千兆以太网 联盟，其英文缩写是10 GEA (10 Gigabit Ethernet Alliance)。

　　10 GEA由网络界的著名企业创建，现已有100多家企业参加。10 GEA的成员分为创建成 员、主要成员和参加成员3种。3Com、Cisco Systems、Extreme Networks、Intel、Nortel Networks、Sun Microsystems和World Wide Packets等是创建成员。中国的中兴通讯等公司 都是参加成员。

　　10 GEA致力于如下工作：

• 全力支持IEEE 802.3委员会制定10 GbE标准的各项努力；
  
• 共享技术资源，以利于技术规约的出台和一致；
  
• 促进工业界对 10 GbE 标准的接受和认识，并推动标准的进步；
  
• 加速对10 GbE产品和服务的采纳和使用；
  
• 提供技术资源，以建立和展示多厂家的协同能力，并保证和完善互操作性；
  
• 促进供应商和用户之间的双向交流。

　　4 10千兆以太网的主要特点

　　10千兆以太网的正式标准现在尚未形成，因此只能简单介绍一下其主要特点。以后发表 的正式标准可能还会与下面介绍的有所改动。

　　10千兆以太网并非将千兆以太网的速率简单地提高到10倍，还有许多技术上的问题要解 决。10千兆以太网的主要特点如下：

　　(1)10千兆以太网的帧格式与10 Mbit/s以太网，100 Mbit/s和1 Gbit/s 以太网的帧格 式完全相同。10千兆以太网还保留了802.3标准规定的以太网最小和最大帧长。这就使用户 在将其已有的以太网进行升级时，仍能和较低速率的以太网很方便地通信。
　　(2)由于数据速率很高，10千兆以太网不再使用铜线而只使用光纤作为传输媒体。它使 用长距离(超过40 km)的光收发器与单模光纤接口，以便能够工作在广域网和城域网的范围 。10千兆以太网也可使用较便宜的多模光纤，但传输距离为65～300 m。
　　(3)10千兆以太网只工作在全双工方式，因此不存在争用问题，也不使用CSMA/CD协议。 这就使得10千兆以太网的传输距离不再受进行碰撞检测的限制而大大提高。
　　(4)千兆以太网的物理层是使用已有的光纤通道(Fiber Channel)技术，而10千兆以太网 的物理层则是新开发的。

　　10千兆以太网有局域网物理层(LAN PHY)和广域网物理层(WAN PHY)两种不同的物理层。

　　应当注意的是，这两种物理层的数据速率并不一样。局域网物理层的数据速率是10.000 Gbit/s(这样写表示是精确的10 Gbit/s)，因此一个10千兆以太网交换机可以支持正好10个 千兆以太网端口；广域网物理层则具有另一种数据率。这样是为了和所谓的“10 Gbit/s” 的SONET(即OC－192)相连接(更严格些的写法是使用SONET/SDH。但为了简单起见这里就只用 SONET)。我们知道，OC－192的数据速率并非精确的10 Gbit/s(只是为了简单化，称这种速 率是10 Gbit/s)，而是9.95328 Gbit/s。在去掉帧首部开销后，其有效载荷的数据速率只有 9.58464 Gbit/s。因此，为了使10千兆以太网的帧能够插入到OC－192帧的有效载荷中，就 要使用可选的广域网物理层，其数据速率为9.58464 Gbit/s。很显然，这种所谓的“10 Gbi t/s”速率不能支持10个千兆以太网端口，而只是能够与SONET相连接。

　　需要注意的是，10千兆以太网并没有SONET的同步接口而只有异步的以太网接口。因此 ，10千兆以太网在和SONET连接时，出于经济上的考虑，只是具有SONET的某些特性，如OC－ 192的链路速率、SONET的组帧格式等，但WAN PHY与SONET并不是全部都兼容的。例如，10千 兆以太网没有TDM的支持，没有使用分层的精确时钟，也没有一套完整的网络管理功能。

　　由于10千兆以太网的出现，以太网的工作范围已经从局域网(校园网、企业网)扩大到城 域网和广域网，从而实现了端到端的以太网传输。这种工作方式有以下一些好处：(1)以太 网是一种经过证明是成熟的技术，无论是因特网服务提供者(ISP)还是端用户都很愿意使用 以太网。当然对ISP来说，使用以太网还需要在更大的范围进行试验。(2)以太网的互操作性 也很好，不同厂商生产的以太网都能可靠地进行互操作。在广域网中使用以太网时，其价格 大约只有SONET的五分之一和ATM的十分之一。(3)以太网还能够适应多种的传输媒体，如铜 缆、双绞线以及各种光缆。这就使具有不同传输媒体的用户在进行通信时不必重新布线。(4 )端到端的以太网连接使帧的格式全都是以太网的格式，而不需要再进行帧的格式转换，这 就简化了操作和管理(以太网和现有的其他网络，如帧中继或ATM网络，仍然需要有相应的接 口才能进行互连)。

　　5 结束语

　　回顾过去的历史，我们可以看到，10 Mbit/s以太网最终淘汰了速率比它快60％的16 Mb it/s的令牌环，100 Mbit/s的快速以太网也使得曾经构成最快局域网/城域网的FDDI变成了 历史。千兆以太网和10千兆以太网的问世，使以太网的市场占有率进一步地得到提高，使得 ATM在城域网和广域网中的地位受到更加严峻的挑战。

　　总之，以太网经受了时间的考验，已成为使用最为广泛的网络，它已不仅仅被用于局域 网、校园网，而且被用于城域网和广域网。

　　以太网已被证明：

• 可扩展(从10 Mbit/s到10 Gbit/s)；
  
• 灵活(多种媒体、全/半双工、共享/交换)；
  
• 易于安装；
  
• 稳健性好。
  

　　10千兆以太网是IEEE 802.3标准在速率和距离方面的自然演进。10千兆以太网将以太网 的已被证明的价值和经济性扩展到了城域网和广域网。

　　10千兆以太网的发展前景看好，因为它可提供：

• 潜在的最低成本(基础设施、运营、人力)；
  
• 直接演进到更高的性能；
  
• 已被证明的互操作性；
  
• 熟悉的网络管理性能。

参考文献

1、10 Gigabit Ethernet Technology Overview White Paper. May 2001, 10 GEA, http:// www.10gea.org/
2 、10 Gigabit Ethernet: Technology and Standards.Networld+Interop,May 2001, 10 GEA, http://www.10gea.org/
3 、Building 10 Gigabit/DWDM Metro Area Networks. The Technology Guide Series, http://www.techguide.com/

[摘要] 文章简单回顾了以太网的发展历史，介绍了10千兆以太网带来的好处及其标准化过程， 并在讨论了10千兆以太网的主要特点后，得出以下结论：10千兆以太网将以太网的已被证明 的价值和经济性扩展到了城域网和广域网。

[关键词] 以太网 10千兆以太网 802.3标准

[Abstract] In this paper, the history of the development of Ethernet is briefly reviewe d. The advantages and the standardization process of 10 Gigabit Ethernet are als o introduced. After discussing the main features of 10 Gigabit Ethernet, we conc lude that the 10 Gigabit Ethernet has extended Ethernet;s proven value and econo mical features to MANs and WANs.

[Keywords] Ethernet 10 Gigabit Ethernet Standard 802.3