选购与测试：谈万兆以太网产品方案24890.docx

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1、选购与测试：谈万兆以太网产品方案 随着IP业业务量的的迅速增增长，对对网络带带宽的需需求也在在日益增增长。市市场迫切切需要一一种具备备简单、可可靠和经经济等特特点的新新技术来来提供更更高带宽宽，同时时能应用用到局域域、城域域和广域域范围。能能满足这这些要求求的技术术就是万万兆以太太网（110GEE ）技技术。 由由于以太太网具有有合理的的价格、优优异的稳稳定性和和可靠性性，以及及相对简简单和容容易的安安装、管管理和维维护，以以太网的的普及程程度越来来越广泛泛。以太太网技术术已被证证明 是主流流的网络络技术，占占有绝对对领先的的市场份份额。 PHY/PPMD850nmm Seeriaal*131

2、0nnm SSeriial* 1550nnm SSeriial* 1310nnm WWWDMM* 850nmm 4FFibeer1550nnm WWWDMMSeriaalLAAN PPHY多模光纤665米HDMMMF 3000米多模光纤110公里里单模光纤440公里里SeriaalWAAN PPHY多模光纤665米HDMMMF 3000米多模光纤110公里里单模光纤440公里里4-LanneLAAN PPHY 多模光纤1100米米单模光光纤100公里100米 单模光纤110公里里单模光光纤400公里4-LanneWAAN PPHY多模光纤3300米米单模光光纤100公里100米单模光纤110公

3、里里单模光光纤400公里标准篇篇：光纤纤铜线双双管齐下下 万万兆以太太网是以以太网世世界的最最新技术术，它不不仅速度度比千兆兆以太网网提高了了十倍，在在应用范范围上也也得到了了更多的的扩展。万万兆以太太网不仅仅适合所所有传统统局域网网的应用用场合，更更能延伸伸到传统统以太网网技术受受到限制制的城域域网和广广域网范范围。万万兆以太太网能和和DWDDM传输输网无缝缝兼容，将将以太网网通信延延伸到没没有距离离限制的的全球范范围。 在在万兆以以太网标标准化过过程中，IEEE和10GEA（万兆以太网联盟）是两个最重要的组织。IEEE是负责制定万兆以太网标准的机构，已在2002年6月发布了万兆以太网标准I

4、EEE 802.3ae。10GEA则是由业界领先的设备厂商组成的行业技术联盟，致力于万兆以太网的标准化和互操作性，以及推动万兆以太网在全球的应用等方面的工作。 IEEE 802.3ae万兆以太网标准 IEEE 802.3ae万兆以太网标准主要包括以下内容：兼容802.3标准中定义的最小和最大以太网帧长度；仅支持全双工方式；使用点对点链路和结构化布线组建星形物理结构的局域网；支持802.3ad链路汇聚协议；在MAC/PLS服务接口上实现10Gbps的速度；定义两种PHY(物理层规范)，即局域网PHY和广域网PHY；定义将MAC/PLS的数据传送速率对应到广域网 PHY数据传送速率的适配机制；定义

5、支持特定物理介质相关接口（PMD）的物理层规范，包括多模光纤和单模光纤以及相应传送距离；支持ISO/IEC 11801第二版中定义的光纤介质类型等等。 万兆以太网网物理层层规范 万万兆以太太网的物物理（PPHY）层层规范和和所支持持的光学学部件部部分在IIEEEE8022.3aae中定定义。在在以太网网标准中中，光学学部件部部分被称称为“物理介介质关联联层接口口（PMMD）”。万兆兆以太 网的四种物物理层PPHY类类型包括括如下。 a. Serriall LAAN PPHY 串串行局域域网PHHY由64bb/666b编解解码（ccodeec）机机制和串串行/反串行行部件（SerDes）组成。6

6、4b/66b编解码机制执行了数据包的分组编码。SerDes将16位的并行数据通路（每路644Mbps）串行化为一条10.3Gbps的数据流，在传送端交由串行光学部件或PMD处理。在接收端，SerDes将一条10.3Gbps的串行数据流转化回16位的并行数据通路（每路644Mbps）。 b. Serial WAN PHY 串行广域网PHY由广域网接口子层（WIS）、64b/66b编解码机制以及SerDes部件组成。串行广域网PHY中的SerDes和串行局域网PHY唯一的区别在于串行数据流的速度是9.95Gbps（OC-192），16位并行数据通路的速度为每路622Mbps。串行广域网PHY使得万

7、兆以太网与现有SONET/SDH网络的 OC-192接口或DWDM光传输网的10Gbps接口速率完全匹配。 c. 4-Lane LAN PHY与4-Lane WAN PHY 4-Lane PHY是一种扩展AUI接口（XAUI）形式。XAUI由4比特宽度数据路径组成，每个数据路径的宽度为3.125Gbps。4-Lane广域网PHY的接口规范定义包括了XAUI、64/66b编解码、WIS和SUPI。SUPI是广域网PHY WWDM PMD接口，由4比特宽度、速度为2.488Gbps数据路径组成。 d. 万兆以太网介质关联层（PMD）接口类型 表1中列举了万兆以太网PHY、PMD与光纤类型和最大传输

8、距离的关系。前面4种PMD在IEEE 802.3ae中定义。后面2种PMD虽然标准中没有定义，但在市场上有供应。使用850nm新型的高带多模光纤（HDMMF），可以支持到最远300米的传输长度。 万兆以太网最新进展 IEEE在制定802.3ae后，现正在着手万兆以太网在铜线上传送标准的研究和制定。2002年11月成立了两个研究铜线万兆以太网的组织，一个组织研究在Cat5e或Cat6双绞线上的10GBaseT；另一个组织正在研究用4对同轴电缆实现万兆以太网的方法。 现在已有一些芯片厂商和交换机厂商正在研发铜线万兆以太网的产品，如Solarflare通信公司和Broadcom公司等芯片厂商正在开发

9、基于铜线的万兆以太网芯片。万兆以太网交换机的领先厂商Force10网络公司计划在今年年底之前推出基于铜线的万兆以太网模块。 另外，随着万兆以太网标准的制定，万兆以太网的光模块技术也得到了迅速的发展。万兆以太网光模块如今已有300针MSA模块、XENPAK、XPAK、X2和XFP五种。其中300针MSA模块属于第一代模块，最初面向SDH网络而设计，尺寸大并且价格比较昂贵。Xenpak是面向万兆以太网的第一代光模块，相对300针MSA而言价格低且尺寸校 现在各个光模块生产厂商正在积极进行小型化10G光模块的研发。Xpak和X2是Xenpak模块的直接改进版，体积缩小了40，光接口、电接口都与原来保

10、持一致。Finisar等公司正在研发的XFP相比以上各种MSA都不同。在电接口方面没有采用标准的XAUI接口，而是采用了自行规定的XFI接口。XFP支持局域网PHY和广域网 PHY，具有可插拔、尺寸更加小巧、价格更有竞争力等特点。因此，XFP有可能在万兆以太网光模块市场中占据主流地位。 应用篇：局域城域广域三路出击 万兆以太网技术突破了传统以太网近距离传输的限制。除了应用在局域网和园区网外，也能够方便地应用在城域甚至广域范围，来构建高性能的网络核心。宽带IP城域网 万兆以太网设备可以提供高密度万兆、千兆以太网接口为服务提供商和企业用户提供城域网和广域网的连接。万兆以太网在裸光纤上最远可以传送4

11、080公里，满足城域范围的要求。也可以连接DWDM和SDH/SONET设备实现广域范围的传输。 企业网和校园网 随着企业及校园网络应用的急剧增长，企业及校园的骨干网承受着不断升级的压力，从当初的快速以太网到现在的千兆网络，很快将过渡到万兆网络，为用户提供诸如多媒体业务、数据流内容、SAN等服务。万兆以太网设备具有高带宽、低时延、网络管理简易等特性，非常适用于企业及校园骨干网建设。 数据中心和Internet交换中心 随着Internet应用的普及，大量的数据访问需要一个可升级、高性能的内容服务汇聚网络。数据中心需要汇聚数百计的快速以太网和千兆以太网线路，在用户端，服务器汇聚网络要提供具有L2交

12、换、L3路由的高密度GE/10GE路由器和交换机。万兆以太网设备可满足汇聚网络的需求并为未来网络升级预留了的空间。 超级计算中心 大型企业和研究机构需要强大的计算机系统，正在从传统的大型计算机和超级计算机转向由几十台到几百台小型商用计算机组成的服务器机群，机群内部之间由高性能的以太网连接。机群可以分布在不同的地方，他们之间通过城域网和广域网互相连接形成计算网格。万兆以太网设备提供高密度的端口、线速的交换性能、全面的L2交换和L3路由能力，可充分满足超级计算中心服务器机群内部高性能网络互连的要求，也满足同一计算网络中分布在不同地方的服务器机群之间的连接。选购篇：先先辨种类类再看指指标 万万兆以太

13、太网产品品种类 随随着万兆兆以太网网标准的的制定，市市场上出出现了许许多支持持万兆以以太网的的产品。从从其产品品体系结结构来看看，目前前的万兆兆以太网网产品可可以分为为两大种种类 ：一种种是万兆兆以太网网交换模模块；另另一种是是真正的的万兆以以太网交交换机/路由器器。 万万兆以太太网接口口模块 目目前市场场上大多多数支持持万兆以以太网的的产品是是在千兆兆以太网网交换机机/路由器器的基础础上增加加万兆以以太网接接口模块块。千兆兆以太网网交换机机产品从从19997年问问世以来来，经过过几年的的发展，技技术上已已经成熟熟。许多多千兆以以太网设设备提供供商为了了尽快进进入万兆兆以太网网市场，便便直接在

14、在千兆产产品上增增加万兆兆以太网网模块。万万兆以太太网技术术和千兆兆以太网网技术定定义了MMAC层层和物理理层规范范，对上上层协议议透明。而而千兆以以太网体体系结构构的交换换机加上上万兆以以太网接接口模块块是比较较经济的的网络解解决方案案。 但但是，由由于千兆兆以太网网交换机机在体系系结构设设计、背背板带宽宽、交换换能力和和ASIIC处理理能力等等方面是是根据千千兆的要要求设计计的，当当接口速速度提高高10倍达达到万兆兆时，通通常不能能很好地地胜任，更更没有足足够的扩扩展能力力以满足足未来的的网络升升级。例例如，大大多数千千兆以太太网交换换机的线线卡插槽槽和背板板之间接接口带宽宽只有88Gbp

15、ps，即即便每个个线卡只只有1个万兆兆以太网网接口时时，在理理论上也也不可能能达到万万兆的速速度。另另外，交交换矩阵阵容量、包包转发能能力以及及包处理理芯片等等都将严严重影响响到整个个交换机机支持万万兆以太太网的能能力。因因此，仅仅支持万万兆以太太网模块块的千兆兆以太网网交换机机还不能能称为真真正意义义上的“万兆以以太网交交换机”。 万万兆以太太网交换换机/路由器器 真真正为万万兆以太太网技术术而重新新设计体体系结构构的交换换机/路由器器通常被被生产厂厂商称为为“下一代代”产品，现现在市场场上已经经能够找找到这类类产品。万万兆以太太网交换换机/路由器器在硬件件设计中中主要有有以下特特点。 a.

16、 背板板带宽 线线卡插槽槽和背板板之间的的接口带带宽是衡衡量万兆兆以太网网设备最最基本也也是最重重要的指指标之一一。为万万兆以太太网设计计的交换换机/路由器器，线卡卡插槽的的背板接接口带宽宽至少需需要100Gbpps，比比较理想想的设备备是能具具备不少少于400Gbpps（双双向）的的接口带带宽以支支持单线线卡4个万兆兆以太网网接口的的密度。同同时，被被选购的的设备应应当满足足在未来来线卡端端口密度度增加时时，交换换机只需需替换线线卡而无无需替换换系统背背板的要要求。当当线卡上上用户端端口的总总带宽超超过了与与背板之之间的带带宽时，称称之为“过载”使用，此此时用户户端口将将不可能能达到线线速。

17、 b. 交换换容量 交交换容量量是指系系统中用用户接口口之间交交换数据据的最大大能力，用用户数据据的交换换是由交交换矩阵阵实现的的。传统统的总线线式交换换方式容容量有限限，不再再被万兆兆以太网网交换机机所采用用，取而而代之的的是矩阵阵式交换换，这也也是中高高端千兆兆以太网网交换机机的主要要交换形形式。在在无阻塞塞交换结结构中，交交换容量量交换换矩阵与与线卡之之间的带带宽线卡插插槽数。 交换机中的交换芯片是核心交换功能部件，通常提供比系统实际交换容量更大的交换能力。由于控制处理卡（或冗余配置时）通常会占用部分交换芯片的接口用于处理路由和管理等信息，系统实际数据交换容量将小于交换芯片的总容量。例如

18、，一台交换芯片总容量为640Gbps（80Gbps*8）的设备，实际可用的线卡插槽为7个，可提供的线卡为单线卡2端口万兆以太网接口。那么该系统的实际可利用交换容量是40Gbps7=280Gbps；未来可利用的（提供单线卡4端口万兆以太网接口时）最大交换容量为80Gbps7=560Gbps。 在选择万兆以太网交换机时，系统的实际交换容量、最大可利用交换容量和交换芯片总容量都是非常重要的指标。用户在选择产品时一定要清楚地理解实际交换容量和最大可利用交换容量才是选择交换机最重要的指标，前者是实际可得到的处理能力，后者与未来扩展能力密切相关。 当交换容量小于系统最大端口配置时的总带宽时，就有可能出现交

19、换阻塞。在选择核心交换机或支持对时延敏感的应用时，一定要选择无阻塞交换矩阵结构的交换机。c. 高速速ASIIC芯片片 万万兆以太太网交换换机/路由器器要高速速处理大大量的数数据帧，因因此通常常采用分分布式包包处理体体系结构构。每张张线卡上上都有负负责包处处理、包包检索、缓缓存和队队列的AASICC芯片。系系统软件件支持的的ACLL 、QoS和和Mullticcastt等功能能都必须须通过硬硬件实现现。高速速ASIIC芯片片是从千千兆以太太网升级级到万兆兆以太网网时系统统必须重重新设计计或增强强的。 市市场上有有部分支支持万兆兆以太网网接口的的交换机机为了争争取时间间提前推推出，没没有从硬硬件上

20、全全面升级级，导致致系统的的整体性性能在实实施某些些功能时时会急剧剧下降。因因此在选选购设备备时不仅仅要看系系统的基基本转发发能力，同同时更要要检查在在配置某某些功能能（如AACL、QoSS）时整整个系统统的性能能。 d. 数据据包转发发能力 标标准的以以太网帧帧尺寸在在64字节节到15518字字节之间间。由于于以太网网交换机机只是对对以太网网帧的帧帧头进行行分析和和处理，相相同传送送速度时时单位时时间内要要处理小小尺寸帧帧的数量量比大尺尺寸帧的的数量更更多，在在衡量交交换机包包转发能能力时应应当采用用最小尺尺寸的包包进行评评价。以以太网支支持最小小尺寸的的帧大小小为644个字节节，加上上传输

21、需需要的220个字字节的帧帧间隔，总总共是884个字字节。因因此，一一个万兆兆以太网网端口理理论上最最多要处处理1000000Mbiits / (84bbytees*88bitt/byyte) = 14.88MMppss。 在在衡量交交换机是是否具备备线速转转发能力力时，可可用以下下方法计计算：整整体转发发能力MMppss / 14.88MMppss=可支支持的线线速万兆兆端口数数。例如如，一台台具备4400MMppss的交换换机，满满足线速速转发要要求时它它允许配配置的最最大万兆兆以太网网端口数数为4000Mppps/14.88MMppss=277个。超超过277个万兆兆端口在在理论上上就达

22、不不到线速速能力。 数据包转发能力比背板带宽和交换能力更有实际意义，在选购时同样需要重视在配置ACL和QoS等服务功能时的处理能力。 万兆产品重要指标 控制层面和数据层面分离 交换机和路由器从实现的功能上看可分为两个部分：控制层面和数据层面。随着高速接口的增加，核心路由器/交换机在设计中开始将数据转发的部分工作下载到用户线卡上完成，实现分布式转发提高系统性能。随着万兆以太网的出现，数据层面和控制层面分离已经成为了衡量一台核心交换机/路由器的重要指标，它不仅大大提高了系统的处理能力，同时也实现了系统的高度稳定性。 无源背板设计 背板是实现用户线卡和处理卡及交换矩阵之间的通信通道，有光背板和铜（电

23、）背板两种。背板是系统中最脆弱的环节，一直无法做到冗余设计。一旦背板上的部件出现故障则整个系统将停止工作。因此高可靠性的系统设计通常要求背板实现无源设计。在选择产品时从高可靠性的角度出发，应当尽量不要选择背板上有ASIC芯片或时钟模块等有源部件的产品。 数据包转发方式 传统的集中式数据转发是指数据包的转发需要处理器卡上CPU的参与。万兆以太网设备由于要在单位时间内处理和转发大量的数据包，单纯的集中式数据转发，即每个数据包都经过CPU处理是不现实的。分布式数据转发将数据层面和控制层面彻底分离，控制处理卡专门用来执行路由计算、网络管理及其他服务。分布式数据转发大大提高了系统的整体转发性能。用户在选

24、择万兆以太网交换机时，应当选择采用了分布式交换和处理结构的交换机，而且在万兆以太网模块上一定要拥有本地交换和处理能力，只有这样才能够提供充足的转发能力，确保整台交换机中所有以太网端口、尤其是万兆以太网端口的线速处理。 接口类型 万兆以太网标准制定了多种局域网接口，这些物理接口采用不同的光纤类型和工作波长，传输距离不同，设备造价也有所不同。针对不同的网络应用，用户可以主要根据所需的传输距离，选用相应的万兆以太网物理接口。同时，用户应当避免选用非标准的万兆以太网模块。 万兆链路捆绑 使用多条百兆或千兆链路进行捆绑，以进一步扩展网络带宽的技术已经得到广泛应用，并且实现了技术标准化。万兆并不是网络速率

25、的极限，在万兆以太网交换机上同样应当可以将多条万兆以太网链路捆绑使用，获得20G、40G甚至更高的带宽，为用户网络的扩展提供空间。 升级方式与费用 即使用户在目前还不打算采用万兆以太网，但考虑到未来的网络升级，在选购网络交换机时也应当了解清楚交换机是否支持万兆以太网，以及如何升级。有些以太网交换机在升级到万兆以太网时，需要用户作出比较大的改动，如更换管理引擎，添加交换矩阵，甚至更换大功率电源。有的以太网交换机只需要用户购买万兆以太网模块，直接插进机箱就可以使用了。很明显，后者的总体升级费用要低于前者，为用户提供了更好的投资保护。 网络管理 在采用了万兆以太网技术之后，网络流量增长了10倍，网络

26、监控、统计的工作量也相应增加了。传统的网络监控技术，无论是独立的外部RMON探针，还是插在交换机上的网络分析模块，都是基于相同的工作原理，即端口流量镜像加RMON，已经无法胜任万兆速率的流量监控了。为了确保对网络始终如一的监控和管理，同时避免由于这些监控功能导致网络性能的降低，万兆以太网模块和交换机最好支持基于硬件的网络监控和统计功能，如基于RFC 3176的sFlow技术，协助网络管理员进行实时的流量分析、性能监控和故障诊断，保障高性能网络的正常运行，使企业的网络投资回报最大化。 选择万兆以太网产品，应当从其体系结构、背板带宽、交换能力、包转发能力等各个方面深入分析和综合比较。尤其是随着万兆

27、以太网的逐渐普及，所选设备满足未来增长而应具备的扩展能力显得尤为重要。测试篇：万万兆性能能看究竟竟 万万兆以太太网产品品测试的的意义可可以归结结为三个个方面，即即检验万万兆以太太网产品品是否具具有高可可用性，是是否具有有高稳定定性，以以及是否否具有良良好的互互操作性性。 万万兆以太太网产品品 测试的主要要指标包包括如下下。 RFFC 225444测试，包包括吞吐吐量、延延迟、丢丢包和背背对背测测试等。 第三层路由性能测试，包括路由表容量、转发能力、路由收敛能力、在路由震荡下的性能等。 对IPv6的支持，包括相关转发能力和路由能力的测试。 思博伦通信拥有两款支持万兆以太网的测试平台，分别是Adt

28、ech AX/4000和SmartBits，这两款产品都已经在网络世界评测实验室中使用。作为目前最主要的数据网络性能测试仪，Adtech AX/4000和SmartBits都具有支持万兆以太网的测试模块。特别是在Adtech AX/4000上的万兆以太网测试模块为UNIPHY（统一物理层）测试模块，即在同一个测试模块上可支持万兆以太网局域网（10GBASE-R），万兆以太网广域网（10GBASE-W）、OC-192c POS和OC-192c Optical BERT。对用户而言，通过使用UNIPHY测试模块，能够对万兆以太网的广域网与局域网和10G POS进行测试。 SmartBits上的万兆

29、以太网测试模块目前支持XENPAK和XAUI。以Adtech AX/4000 UNIPHY为例，它能够以10Gbps的线速进行丰富的流量产生和包捕获，并能够对捕获的数据进行协议解码，在测试中能够对控制层面的数据包进行实时协议分析。目前万兆以太网的产品主要应用于网络核心，所以能够支持路由协议和IPv6非常重要。在思博伦通信的Adtech AX/4000和SmartBits上的万兆以太网测试模块上都已全面支持路由性能测试和IPv6。 编看编想 百花齐放难为春 依稀是在2000年年底，头一次听说万兆以太网，确实给震了一下子。从那时起，万兆似乎便风生水起，成为大家嘴边的热门词语。 万兆以太网技术在正式

30、标准化之后不到一年的时间内，得到了众多厂家的支持，越来越多的万兆以太网产品出现在市场上。诚然，万兆的“Player”真是越来越多了，此次的购买指南，便有13家国内外厂商的加入。而目前没有万兆产品的厂家中，有很多也将万兆产品的研发列入到日程之中。一个万兆以太网百花齐放的时代即将来临。 然而，在过去两年多的时间里，即便万兆以太网标准的尘埃落定已近一年的时间，万兆的应用，尤其是在中国的具体应用，依旧是凤毛麟角，这的确是一个有点尴尬的事实。 万兆以太网明天的春光灿烂毋庸置疑，历史将证明以太网在新到的万兆时代再次凭借其简单、经济的特点成为主流网络技术。但目前，却还是“一枝红杏出墙来”，万兆的普及，还需要

31、一个相对漫长的过程。 首先，是用户的需求使然。万兆向我们揭示的各种先进应用，最起码现在来看，还是前沿了一些。尤其是对于企业用户而言，有时实在是找不到升级万兆的充足理由。事实上，一些基本的应用，桌面10M就已足够，在这种情况下，万兆骨干着实是奢侈了一些。应用是个老问题，同样横亘在万兆的面前。 另外，是当前万兆产品的良莠不齐。虽然一些厂商目前提供万兆以太网模块，但是还有一些厂商采用三四年前设计的用于支持千兆以太网的交换机机箱。虽然不同的设备采用不同的设计方法，但其中的许多产品能够提供的带宽最多为8Gbps容量。这种限制是由于多数机箱式交换机的机箱在设计模块插槽与机箱的交换结构之间采用了8Gbps接口。 对于现在要购买机箱式骨干交换机的企业用户而言，出于支持将来万兆应用需求的考虑，“风物常宜放眼量”也许是一个明智之举。但还有不可避免的价格问题。这是一个“精打细算”的年代，随着用户购买行为的日趋成熟，他们对带宽投资的回报要求也在水涨船高。虽然万兆以太网的费用比SONET等传统技术要低，但用户认为万兆以太网还是比较昂贵。来自DellOro Group的调查报告显示，目前用户可以平均为每万兆以太网端口支付25000美元。可以预计，随着每端口价格降到1万美元以下，才会对用户产生足够的吸引力。