基于千兆以太网的全光网

使用干兆以太网帧的主要ｇｔ点 是它与两端主机的帧结构相同，不需 要把数据重新装入其它的传送协议 （如ＳｏＮＥＴ／ＳＤＨ或ＡＴＭ）中去，因 此在路由器接口上也无须ＳＡＲ和比 特填充操作来适配数据帧和传送帧。 另外，千兆以太网的分路设备成本也 较低。目前千≥ｌＳｂｋ以太网的收发双向 累加带宽是２．５Ｇｂ／ｓ。以太网的传送 距离目前还不够长，一些公司的带激 光器的千兆以太网和ｌＯＧＥ交换机的 最大传送距离可达１ １０公里。预计用 不了多久，以太网的传送距离可达 １０００公里。
下面简要介绍ＧＥ ｏｖｅｒ ＤＷＤＭ 问世的背景、技术、特性及应用，探 讨未来全光网的最佳解决方案。
．ＧＥ ｏｖｅｒ ＤＷＤＭ帧的构成是采 用了干兆以太网的帧结构。它虽没有 像ＳｏＮＥＴ／ＳＤＨ那样多的网络状态 信息，但它成本低，且大多数计算机 局域网都使用这样的帧，故很有吸引 力。但是以太网最初是ＬＡＮ协议，在 ＷＡＮ中的使用还有待ＩＥＥＥ标准的 完善和实践的进一步考验。
应用及技术的比较
ＧＥ技术将取代ＡＴＭ成为局域 网、城域网骨干的首选技术。首先，价 格方面由于ＡＴＭ往往只承做网络的 骨干，而终端用户的桌面系统仍然使 用以太网，通过ＬＡＮＥ等技术实现网 络的互连，大大地增加了系统的复杂
性和 造价。而干兆以太网可以实现与
原有的ｌＯＭ和１００Ｍ以太网的无缝连 接，大大地降低了系统的成本和复杂 性。其次，由于网络被越来越多的用 于ＩＰ业务的传输，而这正是ＡＴＭ的 劣势，因为ＡＴＭ传输ＩＰ包会增加 ３０％的额外开销，这也正是目前ＩＰ ＯＶｅＩ－ＳＤＨ、ＩＰ ０ｖｅｒ ＷＤＭ等技术 呼声日高的原因所在。实现ＧＥ ｏｖｅｒ ＷＤＭ，必须解决传输自愈恢复方法 问题，目前已经有多种解决方案。 ＳＤ｝｛网是以重复备份来增加生存性， 在传输网络的核心建立故障容错系统 需要大量增加备份。ＧＥ ｏ Ｖ ｅ ｒ ＤＷＤＭ也可采用与ＳＤＨ类似的自愈 恢复方法，如进行通道保护，将ＧＥ 光信号经两个ＧＥ波长转换板按两个 方向传输，在接收端采用两个收板， 根据业务情况选则其一接收信号并将 其传给ＧＥ设备，此方式的保护倒换 时间小于５０ｍｓ。对于ＩＰ网，可以利 用其特有的容错、自愈能力，采用单 层生存管理提高效率、降低成本，问 题是如何提高自愈恢复速度，并且能 够工作于跨自治域的大网。目前已经
传统的电信厂商也在开发以太
网技术，在１ ９ ９ ９年５月的 ＮｅｔＷｏｒｌｄ＋Ｉｎｔｅｒｏｐ上，贝尔实验室 演示了１０Ｇｂ／ｓ以太网复用器。这种 称作ＧｉｇａＣｈａｎｎｅｌ的以太网复用器可 以把８个千兆以太网比特率复用到一 条光纤链路中，穿过整个园区网或城 域网传送。贝尔实验室的产品的最大 传送距离是１５公里以上，可以直接与 ＤＷＤＭ相兼容，保持与本网以太网 帧格式的一致性。
总之，千兆以太网被认为是一种 简单、便宜的组网解决方案，目前已 经开始延伸到园区网，ＭＣＩ ＷｏｒｌｄＣｏｍ和 其它的业务提供者正在注视着１０Ｇ以 太网的发展，希望它们能够代替ＩＰ ｏｖｅｒ ＳｏＮＥＴ／ＳＤＨ以及其它的传统 ＷＡＮ技术。
提出了多种第三层自愈恢复方法，尚 无标准。从发展角度来看，ＭＰＬＳ的 第三层自愈恢复方法最有希望成为标 准，它可以达到和ＳＤＨ相当的速度， 用于跨自治域的大网建设。
ＧＥ ｏＶｅｒ ＤＷＤＭ同ＰｏＳ （Ｐａｃｋｅｔ Ｏｖｅｒ ＳＤＨ）Ｏｖｅｒ ＤＷＤＭ 相比，具有成本优势。ＳＤＨ帧需要用 ＳＡＲ进行格式转换，成本高、效率低。 ＧＥ帧格式不像ＳＤＨ那样有一组网络 状态位，但是它与计算机网使用同样 的帧，不需要进行协议转换，也不需 要线路卡上的ＳＡＲ，大大简化了设 备，降低了成本。此外，这种系统不 使用电再生器，节点和路由交换机同 时起电再生器的作用。
２．ＧＥ的特性
以太网支持网络升级的方法简 单，对新应用和数据类型的处理灵
活、网络可伸缩，使ＧＥ成为高速、宽 带网络的战略性选择。它主要有以下 特性：
１）简便。直接的高性能升级。 无网络崩溃的危险。 网络管理员所面临的一个重要 问题是如何获得更宽的网络带宽，而 不至于使网络发生瘫痪。ＧＥ采用和 传统的１０Ｍ、１００Ｍ以太网相同的格 式，执行同样的功能。在单工操作模 式下，ＧＥ采用同样的基本ＣＳＭＡ／ ＣＤ访问方式解决共享介质的冲突问 题。使用局域网交换机或路由器连接 现有的低速以太网设备和ＧＥ设备非 常简单，只需要同样的线路速率互联 即可。ＧＥ使用同样的ＭＡＣ帧格式。 由于所有的以太网的帧格式和长度都 相同，没有必要作网络的其它变动。 这种革命性的网络升级途径使得ＧＥ 可以“无缝”融入现存的以太网和快 速以太网之中。以太网ＭＡＣ帧具有 两种格式：ＳＮＡＰ（８０２．３）和Ｅｔｈ２。 作为对比，其它的高速网络技术使用 完全不同的帧格式。如ＡＴＭ采用定 长的数据信元，当ＡＴＭ和以太网、快 速以太网连接时，交换机或路由器必 须作ＡＴＭ信元和以太网帧之间的转 换，造成一定的网络时延及设备的复 杂性。 按ＩＥＥＥ８０２．３Ｘ的规定，通过全 双工、交换方式连接的两个节点可同 时发送、接收数据包。ＧＥ在双工操 作模式下遵照同样的标准，使得ＧＥ 的联网距离不再受ＣＳＭＡ／ＣＤ方式 的限制。在单工操作模式下，ＧＥ采 用同样的ＣＳＭＡ／ＣＤ基本访问方法， 通信距离非常短。 从以太网过渡到快速以太网，大 多数网络管理员所熟悉的基本管理方 法仍可在Ｇ Ｅ上继续采用。例如， ＳＮＭＰ利用管理信息库（ＭＩＢ）记录 关键性的统计信息，其它信息由远程 监视（ＲＭｏＮ）代理收集，通过网络 管理的应用程序汇集各种统计数据。 由于ＧＥ使用标准以太网帧，所以可 以使用同样的ＭＩＢ和ＲＭｏＮ代理，
３。ＧＥ ｏｖｅｒ ＤｗＤＭ的技 术实现
ＤＷＤＭ技术的传输容量比单波 长传输容量大几倍甚至上百倍，从而 节省了大量光纤，降低了传输成本， 促进了多种业务的发展。ＤＷＤＭ与 信号速率无关，可方便地引入宽带、
万方数据
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数据等新业务，并可兼容不同体制、 不同厂家的设备。ＩＰ ＯＶｅｒ ＷＤＭ通 俗的说法就是让ＩＰ数据包直接在光 路上传送，减少网络层之间的冗余部 分，由于省去了中间的ＡＴＭ和ＳＤＨ 层，其传输效率高，节省了网络运营 商的成本，同时也降低了用户获得多 媒体通信业务的费用，是一种最直 接、最经济的ＩＰ网络体系结构。ＧＥ ０ｖｅｔ ＤＷＤＭ是ＩＰ ｏＶｅｌ－ＤＷＤＭ的 一种廉价方式，非常适用于大型城域 ＩＰ骨干网的应用。
由于上述特点和对全双工操作 的支持，ＧＥ ｏｖｅｔ ＤＷＤＭ将成为ＩＰ （特别是城域网）主干网的理想互联 技术。
ＧＥ ０ｖｅｒ ＤＷＤＭ 技术分析
１．ＧＥ物理层
与以太网和快速以太网一样， ＧＥ只定义物理层和介质访问控制层。 物理层是ＧＥ的关键组成部分，在 ＩＥＥＥ８０２．３Ｚ中定义了三种传输介质： 多模光纤（传输距离２００ｍ）、单模光 纤（传输距离５ ｋｍ）和同轴电缆。 ＩＥＥＥ８０２．３ａｂ则定义了非屏蔽双绞线 介质。除了以上几种传输介质外，还 有一种多厂商定义的标准１０００Ｂａｓｅ－ ＬＨ，它也是一种光纤标准，传输距离 最长可达１００Ｒｍ。如何在千兆以太网 数据传过ＤＷＤＭ系统时，不对信号 进行处理（如插入开销）而实现性能 监测呢？千兆以太网的编码方式提供 了这一可能。ＧＥ信号是基于ＰＣ￥（物 理编码子层）中一种８Ｂ／１０Ｂ编码方 式进行编码的，因此，ＧＥ在传输中 速率为１．２５Ｇｂ／ｓ，而不是ｌＧｂ／ｓ，每 一个８ｂｉｔ的字节被编成１０Ｂｉｔ的字节。
先 需要解决的是ＩＰ层与ＷＤＭ层的适
配与传输链路的管理问题。目前可供 选择的链路管理有以太网协议及 ＰＰＰ／ＨＤＬＣ协议。笔者认为用千兆 以太网构建光互联网是最具发展潜力 的技术。
千兆以太网的技术支撑
Ｅｔｈｅｍｅｔ起源于传统的局域网技 术，其帧结构可以直接在计算机间传 输，并且以太网是非同步的，对同步 和时钟不敏感，能容忍时延和抖动问 题。但将千兆以太网用于长距离传 输，仍需要解决抖动累积与故障定位 问题。因此，在采用ＧＥ ｏｖｅｒ ＷＤＭ 实现长距离传输时，应能够实现对千 兆以太网（ＧＥ）信号３Ｒ中继和性能 监测，３Ｒ（再生、重整形、重定时） 中的重定时（Ｒｅｔｉｍｉｎｇ）可以通过在 ｏＴＵ卡中配置干兆（１．２５Ｇ）时钟晶振 来解决。
值得一提的是，千兆以太网作为 高速接入手段也越来越引起业界的重 视，康宁等公司正在研究与垂直腔表 面发射激光器相连的多模光纤，希望 千兆以太网成为经济、可行的组网方 案。
ＧＥ Ｏｖｅｒ ＤＷＤＭ的提出
～种新技术的提出总是由于市 场的迫切需要所致。Ｉｎｔｅｒｎｅｔ骨干网 的带宽每经过６—９个月就翻一番。 ｌ ９９７年为６２２Ｍｂ／Ｓ，ｉ ９９８年为 ２．５Ｇｂ／ｓ，１９９９生ｇ突破１０Ｇｂ／ｓ。如果 不采用ＷＤＭ，那么仅Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的数 据流就占满整个单波光纤系统的容 量。目前，单波长光纤系统的最大传 输速率为１０Ｇｂ／ｓ。
３）对新型应用和数据类型的支 持 Ｉｎｔｒａｎｅｔ）应用的出现预示着新数 据类型的发展，包括视频和音频。在 过去，人们认为视频需要一种新的、 专为多媒体设计的技术，但是如今由 于下列因素，将数据和视频综合在以 太网上已经成为可能。快速以太网和 ＧＥ所扩展的网络带宽和局域网交换 所增强的性能和新型协议的出现，诸 如资源预留协议（ＲＳＶＰ）；新标准如 ８０２．１Ｑ和８０２．１ｐ的出现，支持虚拟 网络（ＶＬＡＮ）和传输数据包的优先 级；先进的视频压缩技术，如ＭＰＥＧ一 ２。这些技术和协议的综合使ＧＥ成为 视频和多媒体通信极其诱人的解决方 案。目前新发展的ＩＰ相关技术和第二 层交换技术都与ＧＥ相兼容，这与以 太网和快速以太网的情况相同。
在园区骨干网中，干兆以太网已 经在逐步替代ＡＴＭ网络，主要原因 是经济效益方面的，据Ｄｅｎ—Ｏｒｏ Ｇｒｏｕｐ的一份研究报告，在２０００年的 第一季度，用户购买了２０１｝５－食ＡＴＭ ＬＡＮ端口，而干兆以太网交换端口 数是３３．４７ｄ个。尽管ＡＴＭ在提供Ｑｏｓ 方面有优势，但是ＩＴ管理者认为以太 网速率更快、更易于使用。但是，在 考虑到距离与多媒体数据传送时， ＡＴＭ却略胜一筹。干兆以太网的 ＡＳＩＣ芯片与ＡＴＭ相比要便宜得多， 以太网每端口的价格是２００、３００到 １０００美元，而ＡＴＭ是每端口８００到 １２００美元。