千兆以太網(wǎng)

詞語(yǔ)解釋

“千兆以太網(wǎng)”是一種用于網(wǎng)絡(luò)通信的標(biāo)準(zhǔn)，它可以在網(wǎng)絡(luò)中提供最高速率的傳輸。它是一種基于以太網(wǎng)的有線通信技術(shù)，它可以支持1000Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，也就是說(shuō)，它可以在網(wǎng)絡(luò)中傳輸1000M字節(jié)的數(shù)據(jù)，每秒可以傳輸125M字節(jié)的數(shù)據(jù)。千兆以太網(wǎng)可以用于家庭、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)等多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。它可以用于構(gòu)建局域網(wǎng)，支持多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，從而提高網(wǎng)絡(luò)性能。它還可以用于構(gòu)建大型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，支持企業(yè)內(nèi)部多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，提高企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的效率。此外，千兆以太網(wǎng)還可以用于構(gòu)建數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，支持?jǐn)?shù)據(jù)中心內(nèi)部多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，從而提高數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的性能。千兆以太網(wǎng)可以支持多種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括路由器、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等。它還可以支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如TCP/IP、IPX/SPX、NetBEUI等。千兆以太網(wǎng)可以支持多種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如網(wǎng)絡(luò)電話、視頻會(huì)議、視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)等。它可以支持多種多媒體應(yīng)用，如視頻會(huì)議、視頻監(jiān)控、在線游戲、在線視頻等。總之，千兆以太網(wǎng)是一種高速、可靠的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以用于家庭、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)等多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，支持多種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和多種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，可以滿足不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的需求。

千兆位以太網(wǎng)是一種新型高速局域網(wǎng)，他可以提供1Gb／s的通信帶寬，采用和傳統(tǒng)10／100 M以太網(wǎng)同樣的CSMA／CD協(xié)議、幀格式和幀長(zhǎng)，因此可以實(shí)現(xiàn)在原有低速以太網(wǎng)基礎(chǔ)上平滑、連續(xù)性的網(wǎng)絡(luò)升級(jí)，從而能最大限度地保護(hù)用戶(hù)以前的投資。

千兆以太網(wǎng)是建立在以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)之上的技術(shù)。千兆以太網(wǎng)和大量使用的以太網(wǎng)與快速以太網(wǎng)完全兼容，并利用了原以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的全部技術(shù)規(guī)范，其中包括CSMA/CD協(xié)議、以太網(wǎng)幀、全雙工、流量控制以及IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)中所定義的管理對(duì)象。作為以太網(wǎng)的一個(gè)組成部分，千兆以太網(wǎng)也支持流量管理技術(shù)，它保證在以太網(wǎng)上的服務(wù)質(zhì)量，這些技術(shù)包括IEEE 802.1P第二層優(yōu)先級(jí)、第三層優(yōu)先級(jí)的QoS編碼位、特別服務(wù)和資源預(yù)留協(xié)議（RSVP）。

千兆以太網(wǎng)還利用IEEE 802.1QVLAN支持、第四層過(guò)濾、千兆位的第三層交換。千兆以太網(wǎng)原先是作為一種交換技術(shù)設(shè)計(jì)的，采用光纖作為上行鏈路，用于樓宇之間的連接。之后，在服務(wù)器的連接和骨干網(wǎng)中，千兆以太網(wǎng)獲得廣泛應(yīng)用，由于IEEE 802.3ab標(biāo)準(zhǔn)（采用5類(lèi)及以上非屏蔽雙絞線的千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)）的出臺(tái)，千兆以太網(wǎng)可適用于任何大中小型企事業(yè)單位。

目前，千兆以太網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展成為主流網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。大到成千上萬(wàn)人的大型企業(yè)，小到幾十人的中小型企業(yè)，在建設(shè)企業(yè)局域網(wǎng)時(shí)都會(huì)把千兆以太網(wǎng)技術(shù)作為首選的高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。千兆以太網(wǎng)技術(shù)甚至正在取代ATM技術(shù)，成為城域網(wǎng)建設(shè)的主力軍。

千兆以太網(wǎng)的特點(diǎn)主要包括如下。

1．千兆位以太網(wǎng)提供完美無(wú)缺的遷移途徑，充分保護(hù)在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上的投資。千兆位以太網(wǎng)將保留IEEE 802.3和以太網(wǎng)幀格式以及802.3受管理的對(duì)象規(guī)格，從而使企業(yè)能夠在升級(jí)至千兆性能的同時(shí)，保留現(xiàn)有的線纜、操作系統(tǒng)、協(xié)議、桌面應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)管理戰(zhàn)略與工具；

2．千兆位以太網(wǎng)相對(duì)于原有的快速以太網(wǎng)、FDDI、ATM等主干網(wǎng)解決方案，提供了一條最佳的路徑。至少在目前看來(lái)，是改善交換機(jī)與交換機(jī)之間骨干連接和交換機(jī)與服務(wù)器之間連接的可靠、經(jīng)濟(jì)的途徑。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員能夠建立有效使用高速、關(guān)鍵任務(wù)的應(yīng)用程序和文件備份的高速基礎(chǔ)設(shè)施。網(wǎng)絡(luò)管理人員將為用戶(hù)提供對(duì)Internet、Intranet、城域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的更快速的訪問(wèn)。

3．IEEE 802.3工作組建立了802.3z和802.3ab千兆位以太網(wǎng)工作組，其任務(wù)是開(kāi)發(fā)適應(yīng)不同需求的千兆位以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)支持全雙工和半雙工1000Mbps，相應(yīng)的操作采用IEEE 802.3以太網(wǎng)的幀格式和CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)控制方法。千兆位以太網(wǎng)還要與10BaseT和100BaseT向后兼容。此外，IEEE標(biāo)準(zhǔn)將支持最大距離為550米的多模光纖、最大距離為70千米的單模光纖和最大距離為100米的銅軸電纜。千兆位以太網(wǎng)填補(bǔ)了802.3以太網(wǎng)/快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的不足。

千兆以太網(wǎng)的構(gòu)建

千兆以太網(wǎng)絡(luò)是由千兆交換機(jī)、千兆網(wǎng)卡、綜合布線系統(tǒng)等構(gòu)成的。千兆交換機(jī)構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)的骨干部分，千兆網(wǎng)卡安插在服務(wù)器上，通過(guò)布線系統(tǒng)與交換機(jī)相連，千兆交換機(jī)下面還可連接許多百兆交換機(jī)，百兆交換機(jī)連接工作站，這就是所謂的“百兆到桌面”。在有些專(zhuān)業(yè)圖形制作、視頻點(diǎn)播應(yīng)用中，還可能會(huì)用到“千兆到桌面”，及用千兆交換機(jī)聯(lián)到插有千兆網(wǎng)卡的工作站上，滿足了特殊應(yīng)用下對(duì)高帶寬的需求。

在建設(shè)網(wǎng)絡(luò)之前，究竟用千兆還是百兆，要從實(shí)際出發(fā)，從應(yīng)用出發(fā)，考慮網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具備哪些功能。不同的應(yīng)用有不同的需求，而且?guī)缀鯖](méi)有只有單一業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。但是，在各種業(yè)務(wù)中，生產(chǎn)性業(yè)務(wù)肯定是優(yōu)先級(jí)最高的。如果在網(wǎng)絡(luò)中傳輸語(yǔ)音，那么語(yǔ)音業(yè)務(wù)也需要優(yōu)先安排。如果對(duì)業(yè)務(wù)優(yōu)先的需求很高，網(wǎng)絡(luò)必須有QoS保證。這樣的網(wǎng)絡(luò)必須要智能化，在交換機(jī)端口能夠識(shí)別是什么類(lèi)型的業(yè)務(wù)通過(guò)，然后對(duì)不同的業(yè)務(wù)進(jìn)行排隊(duì)，為不同的業(yè)務(wù)分配不同的帶寬，這樣才能保證關(guān)鍵性業(yè)務(wù)的運(yùn)行。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)本身是有智能的，不管多少帶寬都可以傳輸，只是時(shí)間長(zhǎng)短而已，但是語(yǔ)音或者視頻就不一樣了，如果帶寬小了之后，馬上就聽(tīng)不清楚了，或者圖像產(chǎn)生抖動(dòng)，這都是不允許的。所以QoS非常重要。對(duì)單純的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，在QoS方面的需求就很低。在規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，必須先了解清楚哪些功能是必須的，哪些可以不考慮。例如，目前多址廣播是比較重要的性能之一，如果需要在網(wǎng)絡(luò)中傳輸圖像，而網(wǎng)絡(luò)不具備多址廣播的特性，那么網(wǎng)絡(luò)的帶寬浪費(fèi)就會(huì)非常嚴(yán)重，甚至根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

千兆以太網(wǎng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

1997年1月，通過(guò)了IEEE 802.3z第一版草案；

1997年6月，草案V3.1獲得通過(guò)，最終技術(shù)細(xì)節(jié)就此制定；

1998年6月，正式批準(zhǔn)IEEE 802.3z標(biāo)準(zhǔn)；

1999年6月，正式批準(zhǔn)IEEE 802.3ab標(biāo)準(zhǔn)(即1000Base-T)，可以把雙絞線用于千兆以太網(wǎng)中。

千兆位以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)三種類(lèi)型的傳輸介質(zhì)：?jiǎn)文９饫w；多模光纖上的長(zhǎng)波激光（稱(chēng)為1000BaseLX）、多模光纖上的短波激光（稱(chēng)為1000BaseSX）；1000BaseCX介質(zhì)，該介質(zhì)可在均衡屏蔽的150歐姆銅纜上傳輸。IEEE 802.3z委員會(huì)模擬的1000BaseT標(biāo)準(zhǔn)允許將千兆位以太網(wǎng)在5類(lèi)、超5類(lèi)、6類(lèi)UTP雙絞線上的傳輸距離擴(kuò)展到100米，從而使建筑樓宇內(nèi)布線的大部分采用5類(lèi)UTP雙絞線，保障了用戶(hù)先前對(duì)以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)的投資。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)管理人員來(lái)說(shuō)，也不需要再接受新的培訓(xùn)，憑借已經(jīng)掌握的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，完全可以對(duì)千兆以太網(wǎng)進(jìn)行管理和維護(hù)。

千兆以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化包括編碼/譯碼、收發(fā)器和網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)三個(gè)主要模塊，其中不同的收發(fā)器對(duì)應(yīng)于不同的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)類(lèi)型。1000BASE-LX基于1300nm的單模光纜標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，使用8B/10B編碼解碼方式，最大傳輸距離為5000米。1000BASE-SX基于780nm的FibreChannel optics，使用8B/10B編碼解碼方式，使用50微米或62.5微米多模光纜，最大傳輸距離為300米到500米。連接光纖所使用的SC型光纖連接器與快速以太網(wǎng)100BASE FX所使用的連接器的型號(hào)相同。1000BASE-CX是一種基于銅纜的標(biāo)準(zhǔn)，使用8B/10B編碼解碼方式，最大傳輸距離為25米。1000BASE-T基于非屏蔽雙絞線傳輸介質(zhì)，使用1000BASE-T 銅物理層Copper PHY編碼解碼方式，傳輸距離為100米。1000BASE－T在傳輸中使用了全部4對(duì)雙絞線并工作在全雙工模式下。這種設(shè)計(jì)采用 PAM-5 (5級(jí)脈沖放大調(diào)制) 編碼在每個(gè)線對(duì)上傳輸 250Mbps。雙向傳輸要求所有的四個(gè)線對(duì)收發(fā)器端口必須使用混合磁場(chǎng)線路，因?yàn)闊o(wú)法提供完美的混合磁場(chǎng)線路，所以無(wú)法完全隔離發(fā)送和接收電路。任何發(fā)送與接收線路都會(huì)對(duì)設(shè)備發(fā)生回波。因此，要達(dá)到要求的錯(cuò)誤率（BER）就必須抵消回波。1000BASE－T無(wú)法對(duì)頻率集中在125MHz之上的頻段進(jìn)行過(guò)濾，但是使用擾頻技術(shù)和網(wǎng)格編碼能對(duì)80MHz之后的頻段進(jìn)行過(guò)濾。為了解決5類(lèi)線在如此之高的頻率范圍內(nèi)因近端串?dāng)_而受到的限制，應(yīng)該采用合適的方案來(lái)抵消串?dāng)_。

最初的千兆以太網(wǎng)采用高速780納米光纖信道的光元件傳輸光纖上的信號(hào)，采用8B/10B的編碼和解碼方法實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的串行化和復(fù)原。目前光纖信道技術(shù)的數(shù)據(jù)運(yùn)行速率為1.063Gbps，將來(lái)會(huì)提高到1.250Gbps，使數(shù)據(jù)速率達(dá)到完整的1000Mbps。對(duì)于更長(zhǎng)的連接距離，將采用1300納米的光元件。為了適應(yīng)硅技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)在MAC層和PHY層之間制定獨(dú)立于介質(zhì)的邏輯接口，以使千兆以太網(wǎng)工作在非屏蔽雙絞線電纜系統(tǒng)中。這一邏輯接口將適用于非屏蔽雙絞線電纜系統(tǒng)的編碼方法，并獨(dú)立于光纖信道的編碼方法。下圖說(shuō)明了千兆以太網(wǎng)的組成。

如何升級(jí)至千兆以太網(wǎng)

把10M、100M網(wǎng)絡(luò)升級(jí)至千兆的條件并不多，最主要的是綜合布線條件。千兆以太網(wǎng)指的是網(wǎng)絡(luò)主干的帶寬，要求主干布線系統(tǒng)必須滿足千兆以太網(wǎng)的要求。如果原來(lái)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋距離相隔幾百米至幾公里的多幢建筑物，則原來(lái)的主干布線一般采用的是多模或單模光纖，能夠滿足千兆主干的要求，可以不必重新敷設(shè)光纖了。在建筑物之間的距離小于550米的情況下，一般敷設(shè)價(jià)格相對(duì)低廉的多模光纖就可以滿足千兆以太網(wǎng)的需要。

如果原來(lái)的網(wǎng)絡(luò)只覆蓋了一幢建筑，而且最遠(yuǎn)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)中心的距離不超過(guò)100米，則可以利用原來(lái)的5類(lèi)或超5類(lèi)布線系統(tǒng)。如果原來(lái)的布線系統(tǒng)達(dá)不到5類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，或者采用了總線型布線系統(tǒng)而不是星型布線系統(tǒng)，則必須重新布5類(lèi)線。

升級(jí)至千兆以太網(wǎng)，首先要將網(wǎng)絡(luò)主干交換機(jī)升級(jí)至千兆，以提高網(wǎng)絡(luò)主干所能承受的數(shù)據(jù)流量，從而達(dá)到加快網(wǎng)絡(luò)速度的目的。以前的百兆交換機(jī)作為分支交換機(jī)，以前的集線器則可以在布線點(diǎn)不足的地方使用。目前千兆交換機(jī)的產(chǎn)品已經(jīng)很多，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的要求和預(yù)算等實(shí)際情況選擇。

網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器需要吞吐大量的數(shù)據(jù)，如果網(wǎng)絡(luò)主干升級(jí)至千兆，但是服務(wù)器網(wǎng)卡還停留在百兆的水平上，服務(wù)器網(wǎng)卡就會(huì)成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，必須使用千兆網(wǎng)卡才能消除這個(gè)瓶頸，解決方法是在原來(lái)的服務(wù)器上添加千兆網(wǎng)卡。注意應(yīng)該優(yōu)先選購(gòu)64位PCI的千兆網(wǎng)卡，其性能比普通PCI千兆網(wǎng)卡高一些。千兆網(wǎng)卡可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的要求和預(yù)算等實(shí)際情況選擇。

網(wǎng)絡(luò)主干升級(jí)了，網(wǎng)絡(luò)的分支也應(yīng)隨之升級(jí)。如果原來(lái)的用戶(hù)計(jì)算機(jī)已經(jīng)安裝了10M/100M自適應(yīng)網(wǎng)卡，則可以不必升級(jí)網(wǎng)卡，只要將網(wǎng)卡接到百兆交換機(jī)上就可以了；如果原來(lái)使用的是10Mbps網(wǎng)卡，則需要將網(wǎng)卡更換為10M/100M自適應(yīng)網(wǎng)卡，這樣才能提高工作站訪問(wèn)服務(wù)器的速度。

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千兆以太網(wǎng)

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