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万兆网络的前世今生

http://www.sina.com.cn 2007年10月10日 10:28  新浪科技

  万兆以太网标准自2002年诞生以来,发展非常迅猛,从局域网迅速扩展到园区网、城域网、数据中心等应用环境。经过五年的发展,万兆网络在标准和管理技术方面都已经发展成熟。目前在存储、多媒体应用等新领域,万兆以太网正在以更高的性能、标准和可管理性替代传统网络技术。

  本文将回顾万兆网络的诞生、发展和应用,对技术和市场前景进行展望。

  以太网络发展历程

  1973年Metcalfe博士在施乐实验室发明了以太网,并开始进行以太网拓朴的研究工作。

  1976年施乐公司构建基于以太网的局域网络,并连接了超过100台PC。

  1980年DEC、Intel和施乐联手发布10Mbps以太网标准提议。

  1983年IEEE 802.3工作组发布10BASE-5“粗缆”以太网标准,这是最早的以太网标准。

  1986年IEEE 802.3工作组发布10BASE-2“细缆”以太网标准。

  1991年IEEE 802.3工作组发布10BASE-T“无屏蔽双绞线(UTP)”以太网标准。

  1995年IEEE通过802.3u 100M以太网标准。

  1998年IEEE通过802.3z 1000M以太网标准(基于光纤和对称屏蔽铜缆)

  1999年IEEE通过802.3ab1000M以太网标准(基于五类线).

  2002年IEEE通过802.3ae 10G以太网标准。

  2010~2011年预计发布100G以太网标准。

  经过三十年的发展,以太网成为最主要的IP承载技术,占据了85%以上的网络端口。以太网在这个过程中经历了无数次技术竞争,不断取得胜利。

  在10M/100M时代,以太网通过标准化和低价格淘汰了FDDI、TokenRing等技术,确立了在桌面网络的统治地位。

  在1000M时代,以太网战胜ATM技术,在局域网和园区网核心逐渐占据统治地位,并成为城域网主流建网技术。以太网战胜ATM依赖的是高

性价比和简洁的协议。ATM由于实现过于复杂,出现了很多问题,如且对IP支持困难、标准争吵不休、价格居高不下、带宽升级困难,所以发展出现停滞。而同期以太网却快速向万兆发展。

  在10G时代,万兆以太网规模进入城域网领域,使全以太城域网成为一种趋势。在数据中心,以太网先是替代千兆占据前台数据网,又进入存储网络领域与4G FC技术竞争。凭借高带宽、标准化、扩展性、高性价比的优势,可以预计,以太网将在新一轮竞争中取胜。

  当前以太网正向更高速演进,虽然40G和100G的标准还存在一定争议,3-4年后100G以太网将推出,引发新的带宽革命。

  万兆网络的关键技术

  万兆网络的关键技术不仅仅是万兆以太网,还包括在万兆级别的管理能力。

  1、万兆以太网标准

  10G以太网于2002年7月在IEEE通过。10G以太网包括10GBASE-X、10GBASE-R和10GBASE-W。10GBASE-X使用一种特紧凑包装,含有1个较简单的WDM器件、4个接收器和4个在1300nm波长附近以大约25nm为间隔工作的激光器,每一对发送器/接收器在3.125Gbit/s速度(数据流速度为2.5Gbit/s)下工作。10GBASE-R是一种使用64B/66B编码(不是在千兆以太网中所用的8B/10B)的串行接口,数据流为10.000Gbit/s,因而产生的时钟速率为10.3Gbit/s。10GBASE-W是广域网接口,与SONET OC-192兼容,其时钟为9.953Gbit/s数据流为9.585Gbit/s。

  2、万兆网络的管理能力

  在万兆以太网商用初期,主要解决了端口和连接的问题,但由于芯片功能单一,只能实现基本的转发,智能网络功能如安全、MPLS、QoS、高可靠等难以实现。这几年随着ASIC和NP芯片的不断改进,万兆级别的智能网络技术逐渐成熟,万兆交换机在启动MPLS等功能时仍能保持万兆交换,而万兆路由器则拥有了更强的QoS和业务升级能力。

  带宽管理与QoS:当前比较有效的策略是大带宽+虚拟通道+DiffServ,VLAN与MPLS技术的结合实现网络的虚拟化通道,再通过Diffserv对虚拟通道进行优先级保证。一些面向连接的QoS技术如流量工程等,由于实施管理过于复杂,难以端到端部署,目前没有规模应用。

  安全:万兆级别的安全首先需要交换机/路由器的芯片内嵌强大的VLAN/MPLS/ACL处理能力,提供业务隔离、报文过滤,并保证线速交换。安全的方向是在网络的一些关键位置如网络出口、数据中心等地方部署万兆级别的安全模块,这些模块将在不影响性能的前提下实现四七层深度防御。

  高可靠:在设备层面,目前高端设备通常都采用电信级设计;在路径保护方面,RRPP、BFD、MPLS FRR、OSPF FRR等技术都已经在不同的网络层次应用,提供50ms~800ms不同等级的故障收敛能力。

  凭借安全可靠、高品质、可管理的优势,以太网不但在局域网、园区网、城域网、数据中心的技术竞争中取胜,也正在快速进入存储、视频监控等领域。

  万兆网络的应用

  万兆网络目前的应用领域主要有局域网、园区网、城域网、数据中心、存储网络、视频监控等领域。

  1、局域网/园区网

  在局域网和园区网领域,万兆替代了千兆的骨干网地位,目前正走向万兆到汇聚,千兆到桌面发展。局域网和园区网带宽扩展的因素包括:视频业务、大容量数据库的迅猛增长;计算机千兆网卡的普及;千兆交换机价格的下降(目前价格是同类百兆交换机的130%)。这些因素推动了千兆到桌面的进程,大量千兆的部署又推动了汇聚层向万兆发展。

  2、城域网

  在城域网特别是运营商的城域网,在核心汇聚已经大量部署了万兆。目前城域网正在向承载多媒体、综合信息服务等方向演进,需要引入EPON、WiFi等一些新的接入手段,并对城域网进行优化。优化的重点并不在带宽的升级,而是对多业务的管理及安全防护。目前运营商的网络中正在开展“流量清洗中心”、“应用控制”的建设,对万兆进行安全保护及业务分析。

  3、数据中心

  数据中心包括局域网和存储网络。局域网中采用的技术和前述技术并没有明显的不同,只是因为数据中心在安全性及应用支撑能力上有更高的要求。数据中心局域网的发展趋势有几点:随着万兆网卡的降价,万兆将直连服务器;万兆安全技术将出现并在数据中心关键位置;应用负载均衡能力将达到万兆。

  数据中心的存储网络目前正在IP化,已经提升到万兆的带宽连接存储和服务器。未来整个数据中心前后台都将采用统一的技术标准。

  4、存储网络

  存储当前正处在一个变革的时代,不论是应用模式和技术体系都处在更新换代的时期。以前存储躲在服务器后面是一个孤立的系统,现在个人数据备份、共享容灾、视频监控、WSAN等应用正在将存储变成一种网络中的服务,从后台走向前台。这些新的应用正在冲击封闭无管理的FC协议体系。另一方面,海量访问、多媒体的迅猛增长对存储网络的带宽及IO能力提出了更高的要求,存储变成了IT基础平台中最后的瓶颈。IP网络正在统一协议体系,消除系统瓶颈,提升存储系统的服务能力,万兆存储的推出将大大加快这一进程。

  5、视频监控

  视频监控网络以前是一个模拟系统,采用视频光端机、视频等技术构成,缺乏统一的技术标准,扩展和管理都非常困难,最多只能支撑几十路、一百多路监控点。随着城市视频监控的兴起,系统需要支撑几千、几万甚至几十万的监控点,模拟网络技术再也难以支撑。IP监控已经成为主流,万兆网络开始大规模进入视频承载网以及视频存储网络。

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