万兆以太网产品种类

万兆以太网产品种类

随着万兆以太网标准的制定，市场上出现了许多支持万兆以太网的产品。从其产品体系结构来看，目前的万兆以太网产品可以分为两大种类：一种是万兆以太网交换模块；另一种是真正的万兆以太网交换机/路由器。

万兆以太网接口模块

目前市场上大多数支持万兆以太网的产品是在千兆以太网交换机/路由器的基础上增加万兆以太网接口模块。千兆以太网交换机产品从1997年问世以来，经过几年的发展，技术上已经成熟。许多千兆以太网设备提供商为了尽快进入万兆以太网市场，便直接在千兆产品上增加万兆以太网模块。万兆以太网技术和千兆以太网技术定义了MAC层和物理层规范，对上层协议透明。而千兆以太网体系结构的交换机加上万兆以太网接口模块是比较经济的网络解决方案。

但是，由于千兆以太网交换机在体系结构设计、背板带宽、交换能力和ASIC处理能力等方面是根据千兆的要求设计的，当接口速度提高10倍达到万兆时，通常不能很好地胜任，更没有足够的扩展能力以满足未来的网络升级。例如，大多数千兆以太网交换机的线卡插槽和背板之间接口带宽只有8Gbps，即便每个线卡只有1个万兆以太网接口时，在理论上也不可能达到万兆的速度。另外，交换矩阵容量、包转发能力以及包处理芯片等都将严重影响到整个交换机支持万兆以太网的能力。因此，仅支持万兆以太网模块的千兆以太网交换机还不能称为真正意义上的“万兆以太网交换机”。

万兆以太网交换机/路由器

真正为万兆以太网技术而重新设计体系结构的交换机/路由器通常被生产厂商称为“下一代”产品，现在市场上已经能够找到这类产品。万兆以太网交换机/路由器在硬件设计中主要有以下特点。

a. 背板带宽

线卡插槽和背板之间的接口带宽是衡量万兆以太网设备最基本也是最重要的指标之一。为万兆以太网设计的交换机/路由器，线卡插槽的背板接口带宽至少需要10Gbps，比较理想的设备是能具备不少于40Gbps（双向）的接口带宽以支持单线卡4个万兆以太网接口的密度。同时，被选购的设备应当满足在未来线卡端口密度增加时，交换机只需替换线卡而无需替换系统背板的要求。当线卡上用户端口的总带宽超过了与背板之间的带宽时，称之为“过载”使用，此时用户端口将不可能达到线速。

. 交换容量

交换容量是指系统中用户接口之间交换数据的最大能力，用户数据的交换是由交换矩阵实现的。传统的总线式交换方式容量有限，不再被万兆以太网交换机所采用，取而代之的是矩阵式交换，这也是中高端千兆以太网交换机的主要交换形式。在无阻塞交换结构中，交换容量＝交换矩阵与线卡之间的带宽×线卡插槽数。

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，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40Gbps×7=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80Gbps×7=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ASIC芯片

万兆以太网交换机/路由器要高速处理大量的数据帧，因此通常采用分布式包处理体系结构。每张线卡上都有负责包处理、包检索、缓存和队列的ASIC芯片。系统软件支持的ACL、QoS 和Multicast等功能都必须通过硬件实现。高速ASIC芯片是从千兆以太网升级到万兆以太网时系统必须重新设计或增强的。

市场上有部分支持万兆以太网接口的交换机为了争取时间提前推出，没有从硬件上全面升级，导致系统的整体性能在实施某些功能时会急剧下降。因此在选购设备时不仅要看系统的基本转发能力，同时更要检查在配置某些功能（如ACL、QoS）时整个系统的性能。

d. 数据包转发能力

标准的以太网帧尺寸在64字节到1518字节之间。由于以太网交换机只是对以太网帧的帧头进行分析和处理，相同传送速度时单位时间内要处理小尺寸帧的数量比大尺寸帧的数量更多，在衡量交换机包转发能力时应当采用最小尺寸的包进行评价。以太网支持最小尺寸的帧大小为64个字节，加上传输需要的20个字节的帧间隔，总共是84个字节。因此，一个万兆以太网端口理论上最多要处理10000Mbits / (84bytes*8bit/byte) = 14.88Mpps。

在衡量交换机是否具备线速转发能力时，可用以下方法计算：整体转发能力Mpps / 14.88Mpps=可支持的线速万兆端口数。例如，一台具备400Mpps的交换机，满足线速转发要求时它允许配置的最大万兆以太网端口数为400Mpps/14.88Mpps=27个。超过27个万兆端口在理论上就达不到线速能力。

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）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。