第 16卷 第 1期
2003年2月
漳州师范学院学报(自然科学版)
Journal of Zhangzhou Teachers College(Nat．Sd．)
V01．16 No．1
Feb．20o3
万兆以太网的应用研究
郭联志
(漳州师范学院计算机科学系，福建 漳州 363000)
摘要 近几年来，由于 www 技术、动态网页技术的广泛应用，大量的数据、声音、图象文
件在网络上传送，造成局域网规模的不断增大，基于 Web的 Internet／Intranet应用也要求更高的
通信带宽。万兆以太网可用于局域网的主干和城域网建设，并实现与光纤广域网的连接。
关键词 网络带宽，光纤网络，全双工
中图分类号：TP393．11 文献标识码：B 文章编号：1008．7826(2003)O1．0035．04
1 前言
推动计算机局域网发展的直接因素是个人计算机的广泛应用，在过去的短短5年里，微处
理器的速度已经从200M提高到2G以上。从理论上讲，一台PCI总线的微型机能够产生1．5Gbps
的流量，如果局域网仍处于Fast Ethernet还是不能发挥计算机的最佳作用。
特别近几年来，由于www技术、动态网页技术的广泛应用，大量的数据、声音、图象
文件在网络上传送，造成局域网规模的不断增大，网络通信量进一步增加。因此，传统的局域
网带宽与性能已不能适应要求。另一方面随着大型公司的出现，局域网通过广域网进行的互联
也在日益增长，基于Web的Internet／Intranet应用也要求更高的通信带宽。
因此 20世纪 90年代先后出现光纤分布式数据接口 (FDDI)、异步传输模式 ATM、快速
以太网 (Fast Ethernet)、千兆以太网等高速局域网络。千兆以太网推出3年多来，．由于其成
本低廉以及与百兆以太网的兼容性，已成为大型局域网的主干。
2 现有以太网的不足
FDDI和 ATM技术或因成本过高或互操作性差，使百兆、千兆到桌面成本过于高昂，限
制了一般用户的应用。快速以太网的出现使得百兆交换到桌面成为当前构建局域网的主流。尽
管快速以太网具有高可靠性、易扩展性、成本低等优点，并且成为高速局域网方案中的首选技
术，但在桌面电视会议、数据仓库、3D图形与高清晰度图像的应用中，人们不得不寻求更高
带宽的局域网。
千兆以太网 (Gigabit Ethernet)与ATM相比，最大的优势是和现成的网络的兼容性；其
次是成本低，并能提供高宽带；千兆以太网交换机可轻易地构建VLAN，而对于ATM却是十
分棘手的问题。但是千兆以太网的传输距离，目前最长只达 10Km。如果要再扩展距离，必须
利用SONET／SDH网络。而ATM技术本身就是建立在同步光网络SONET之上，可以支持OC．3、
OC．12和OC-48，即155．5、622．08Mbps和 2．448Gbps三种速率。SONET虽制定有 OC．18的
收稿日期：2002．10-08．
作者简介：郭联志 (1953一)，男，福州市人，高级工程师，大学．
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36 漳州师范学院学报 (自然科学版) 2003年
933．12Mbps标准，但未见有商用运营。因此千兆以太网如与OC．12光纤连接，只有60％的利
用率，不能发挥最大的效益。
当今世界已极少有单纯的封闭性的局域网络，通过广域网进行局域网互联已是历史发展的
潮流，以太网 OVER SDH 技术就是目前热门的话题之一。作为载体的光同步传输网
(Synchronous Digital Hierarchy，SDH)是20世纪 9o年代在广域网中公认的传输体系。
表 l是SDH／SONET常用的传输速率。
表 1 SDH／(SONET)传输速率
mOVER Ethern'et技术由于容易实施，被认为是最有发展潜力的网络技术，因此甚至有的
专家提出整个互联网采用全以太网的结构，但是无论是百兆以太网或千兆以太网，无法解决与
现有光纤广域网的连接瓶颈，千兆链路的带宽要超过 OC．12链路，但只相当于OC-48链路的
40％。
3 万兆以太网的特点
2002年 6月 IEEE委员会正式通过的802．3ae，规定了万兆以太网的局域网和广域网的两
个标准，使得万兆以太网在未来骨干城域网中具备了与Packet Over SDH (POS)技术正面竞
争的实力。
3．1数据链路层
在以太网体系中，物理层PHY设备对应于OSI模型的第一层。PHY通过连接媒介 (光纤
或铜线)与MAC层相连，而MAC层对应的是OSI模型中的第二层。万兆以太网使用IEEE 802．3
以太网媒介访问控制协议 (MA C)、IEEE 802．3以太网帧格式以及IEEE 802．3最小和最大帧尺
寸，可以向下兼容 1OOOBase-T和 1OOBASE-T。但是，万兆以太网的传输速率是 100M以太网
的1OO倍，如果继续采用冲突检测的载波侦听多路访问协议 (CSMA／CD)技术，它带来的是
一 种不可避免的差别是网络盼‘直径’减比例的缩小。在理想状态下，looM以太网的直径500m，
那么万兆以太网的网络直径只有5m，也就是说毫无使用价值。所以万兆以太网是一种只适用
于全双工模式，并且只能使用光纤的技术。除此之外，万兆以太网与原来的以太网模型完全相
同。万兆标准开发特别工作组向新标准添加一些特别的技术，使以太网数据包能够在 SONET
中顺利通行。
3．2物理层
在以太网的体系结构中，物理层 (Physical layer，PHY)划分为物理媒介层 (PMD)和物
理编码子层 (PCS)。例如，光纤收发机属于PMD，PCS由编码器和一个并串转换器或复用功
能组成。
802．3ae规范定义了两种PHY类型：局域网 PHY和广域网PHY。广域网PHY在局域
网PHY功能的基础上增加了一个扩展特性集。这些 PHY唯一的区别在PCS上。同时，PMD
也有多种类型。
(1)相关物理媒介层 (PMD)
IEEE 802．3ae所提供的物理层支持光纤传输媒介，其连接距离如表 2所示。(1)
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第 1期 郭联志：万兆以太网的应用研究
表 2 10G以太网规格简表
为了达到特定的距离，特别工作组共选择了4种PMD。
1) 1310rim串行PMD，可以实现2km和 10kin单模式光纤的连接；
2) 1550rim串行PMD，可以实现 (或者超越)40km的单模光纤目标，成功地应用在城
域网和局域网的远距离通信中；
3) 850rim串行PMD，在多模光纤上使用 850rim的PMD实现65m的传输目标；
4) 另外，特别工作组选择了两种宽波分复用 (WWDM)的PMD，其中一种是 1310rim
的单模光纤，用于 10kin范围的应用；另一种 1310nmPMI)用于在已安装的多模光纤
上实现300m的传输目标。
(2)广域网物理接口
局域网物理层和广域网物理层将在共同的PMD上工作，因此，它们支持的距离也相同。
这些物理层的唯一区别在于物理编码子层 (PCS)各有不同。
万兆局域网物理层的用途是以10倍的带宽来支持现有的千兆以太网应用。而为了能与现
有的广域网兼容，万兆以太网WAN PHY必须支持现有的SONET／SDH (同步光纤网络，同步
数字层)电路交换话音接人设备。
广域网物理层 (WAN PHY)与局域网物理层 (LAN PHY)的区别在于广域网接口子层
(WIS)包含一个简化的SDH／SONET帧编制器。因为SDH STM-64／SONET OC．192的运行
速率 9953．28Mbps和万兆以太网相差无几，所以要想实施一个能够与局域网物理层以 10Gbps
和谐工作的MAC也较为简单；同样，也可以以较为简单的方式实施能够与广域网物理层配合
工作的MA C，其有效速率大约为9．29Gbps。
(3)GDH接人
为了降低广域网物理层在实施过程中的成本，工作组 802．3ae标准没有实现物理层与
SONET／SDH波动、分层时钟，以及某些光纤规格兼容。广域网物理层是使用通用以太网PMD
实现的高性价比连接。它可以向SDH／SONET基础设施提供访问能力，使基于包的IP／以太网
交换机可以附加至 SDH／SONET和时分复用 (TDM)基础设施上。在广域网传输主干网上，
这一特性使得以太网可以将 SONET／SDH作为其第一传输层。但是由于万兆以太网仍是异步
连接，其的计时和同步工作在每个字符的数据位流中进行，可是接收端的集线器、交换机或路
由器可能会对数据进行重新计时和同步。而包括 SONET／SDH在内的同步协议，要求所有设
备共享同一系统时钟，其目的是避免在传送和接收设备之间出现时间错乱。因为如果发生时间
错乱，网络传输过程中的错误会增多，特别对于那些需要及时传输数据的网络来说，时间错乱
是最为致命的问题。另外，目前网络的大容量传送节点SDH数字交叉连接设备(SDXC)，无法
跟上网络传输链路容量每九个月翻番的增长速度，所以SDH并非最佳接人方式。
f 4)WDM接入
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38 漳州师范学院学报 (自然科学版) 2003焦
2002年 1月 11日，中国电信宣布在其 ChinaNet骨干网上海和杭州节点之间成功地开通
了中国的第一个基于 10Gbps(STM64) DWDM传输的 骨干网传输系统。WDM (波分复
用技术)方式可以实现点对点通信、广播和分布式网络以及多路访问局域网，可以实现用户的
无阻塞连接。(2)因此，结合以太网和密集波分复用(DWDM)光纤通信技术与千兆路由交换技术，
直接在光缆上架构宽带II，城域网已成为首选的技术方案。
万兆局域网特别工作组选择了两种宽波分复用 (WWDM)的PMD，其中一种是 1310nm
的单模光纤，用于 10kin范围的应用。这样在技术上减少了SDH中间过渡层面，减少了系统
开销，不仅节省了SDH的大量投资，也使整体的网络管理系统变得简单和清晰。万兆以太网
与 STM64的性能大体相当，在单模光纤上的距离可以扩展到 40kin (通过专用负色散光纤可
以实现更远的距离，达到 100km)，这为备份、灾难恢复和业务连续性等商业级服务带来了重
要机会。企业通过采用以光纤为媒介的万兆以太网技术，可以将局域网业务扩展到城域网中，
同时可以像自己的局域网一样实现同样的高性能和多种特性。
4 结束语
现在全球几乎各个角落都在使用以太网，据有关数据，全球目前已有2．5亿个以太网交换
接口，而且以每年3000万个用户递增。以太网作为一直是最流行的网络，主要是以太网本身
的结构 (已从共享式拓扑结构转为交换式拓扑结构)与传输特性也对其成长起到了正面作用。
譬如它的后向兼容性 (与新技术兼容)、简便性、相似性 (数据大小一致)、融合性和扩展性等。
融合的特性使以太网成为与II，结合得最好的网络结构，得以登上了互联网这班快车。以太网
的 “扩展性”可以方便地进行吞吐率 (速度)升级。所以即使是万兆以太网能也够兼容较早的
以太网标准。万兆以太网将成为局域网络的骨干，可以实现千兆到桌面。随着大型企业网络的
增加，将促进万兆以以太网在广域网的应用。
参考文献
【1】张欣．万兆以太网标准核心内容[N】．计算机世界，2001—9—3，第34期，D版
【2】原荣．光纤通信网络【M】．北京：电子工业出版社，1999年2月
Application research 0f 10 Gigabit Ethernet
GU0 Lianz—hi ’
(Department of Computer，Zhangzhou Teacher’S College，Fujian Zhangzhou 363000)
Abstract：In recent years．the popularity of 、7vw W and dynamic page technology,an d the
tran smission of a great deal of data,sound and images files over the network,have resulted in the
spread of LAN on a large scale．Also ．the application of W EB-based Intemet／intranet requires
broader communication ban d width．10 Gigabit Ethemet Can not only be applied to the construction
ofLAN an d A ．but alSO connect with fiberⅥ A ．
Key word：band width of network，fiber network，fu11 duplex．
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