千兆以太网设计目标及原则概述

1.千兆以太网技术优势

在局域网中为了维持直径为200米的最大碰撞区域，最小CSMA/CD载波时间,以太网时间片已从目前的512比特扩展到512字节(4096比特)，最小信息包大小仍为64字节。载波扩展特性在不修改最小包尺寸的条件下解决了CSMA/CD固有的时序问题。虽然这些改变可能会影响到小信息包的性能，然而这种影响已经被CSM/CD算法中称作信息包突发传送的特性所抵消。千兆位以太网最大的优点

在于它对现有以太网的兼容性。

同100M位以太网一样,千兆位以太网使用与10M位以太网相同的帧格式和帧大小,以及相同的CSMA/CD协议。这意味着广大的以太网用户可以对现有以太网进行平滑的、无需中断的升级,而且无需增加附加的协议栈或中间件。同时,千兆位以太网还继承了以太网的其它优点,如可靠性较高,易于管理等。

千兆以太网相比其他技术具有大带宽的优势，并且仍具有发展空间，有关标准组织正在制定10G以太网络的技术规范和标准。同时基于以太网帧层及IP层的优先级控制机制和协议标准以及各种QoS支持技术也逐渐成熟，为实施要求更佳服务质量的应用提供了基础。伴随光纤制造和传输技术的进步，千兆位以太网的传输距离可达百公里，这使得其逐渐成为构建城域网乃至广域网络的一种技术选择。

主干采用千兆以太网的好处在于：千兆位以太网将提供10倍于快速以太网的性能并与现有的10/100 以太网标准兼容。同时为10/100/1000 Mbps 开发的虚拟网标准 802.1Q以及优先级标准 802.1p 都已推广，千兆网已成为构成网络主干的主流技术。

1998 年六月已制定完成的第一个千兆位以太网标准 802.3 以使用光纤线缆和短程铜线线缆的全双工链接为对象。针对半双工和远程铜线线缆的标准802.3ab 于 1999 年内出台。

千兆位以太网将提供完美无缺的迁移途径，充分保护在现有网络基础设施上的投资。千兆位以太网将保留802.3和以太网帧格式以及 802.3 受管理的对象规格，从而将使企业能够在升级至千兆性能的同时，保留现有的线缆、操作系统、协议、桌面应用程序和网络管理战略与工具。

千兆位以太网相对于原有的快速以太网、FDDI、ATM等主干网解决方案，提供了另一条改善交换机与交换机之间骨干连接和交换机与服务器之间连接的可靠、经济的途径。网络设计人员将能够建立有效使用高速、任务关键的应用程序和文件备份的高速基础设施。网络管理人员将为用户提供对Internet、Intranet、城域网与广域网的更快速的访问。

千兆位产品提供商，具有完整的千兆以太网产品线，可契合用户需求提供完整的解决方案。从核心的网络主干交换机到边缘的客户机服务器千兆接入，有针对用户需求设计的高性能的产品。千兆以太网交换机的部署，是一个非常引人注目的技术。目前,许多厂商的交换机把第2层交换和第3层交换融于一体，不论

交换还是路由,都能提供至少1000万pps的转发速率，甚至有的产品还可达到2000万pps。这些高性能的特点对于Intranet来讲已显得非常重要，因为传统的局域网流量80/20自然法则(即80%的流量在本地工作组网络内和20%的流量流向骨干网)已经过时。

千兆以太网高速的多层数据包转发能力是千兆以太网技术能提供最好的性能价格比的有力例证。不仅如此，千兆以太网技术对于降低网络的长期拥有成本也是大有裨益的。

2.千兆网交换技术

从1996年底开始，有些公司陆续推出集成了第2层交换和第3层路由的交换机产品,这种技术称之为“多层交换(multilayer switching)”。它为第2层交换技术增加了路由层服务，支持有选择的广播和组播抑制，支持VLAN及VLAN 之间的数据包转发和防火墙功能，全面支持TCP/IP和IPX路由。

经过将近4年时间的发展，这些功能不断地得到了完善和加强,使得多层交换机比传统的路由器的性能价格比高出8至16倍。而新一代多层交换机以千兆以太交换技术为核心, 可以提供更加吸引人的性能价格比，是部门级网络和数据中心网络中替代传统路由器的最理想的可以提供多层交换的交换机。同时,其直接传输距离目前已达到130公里，完全可以实现以千兆以太网为骨干的大的企业局域网，骨干传输速率为2Gbps(全双工模式)。

推动技术发展的主要因素推动高速多层交换技术发展的最大因素是采用廉价的10/100M自适应网卡的Internet和Intranet的大量部署。目前的网络已经离传统的c/s计算模式的层次结构越来越远，传统的c/s模式的80/20流量法则已成为过去。在网络设计方面, 传统的路由器加Hub或第2层交换机的网络部署模式也将变成历史。

另外，Intranet支持更加复杂的和对带宽敏感的各种多媒体数据流,如数据、文件、图片、动画、声音和视频等。一个Intranet最终用户对带宽的要求至少要比非Intranet 用户多50%～100%。同时,宽带接入已成为发展趋势。

另一个值得注意的问题是，为用户提供快速以太网连接可以提供更多的带宽余量来处理突发的交通量，这点是10BASE-T技术无法比拟的。突发流量是IP 网络应用的特点之一。廉价和高带宽使得快速以太网不论在用户端还是服务器端都得以广泛的应用。

为了在无阻塞和处理突发交通流量的能力之间取得平衡，新一代交换机平台必须提供高于用户请求连接的8～16倍速率的主干连接，而以千兆以太网为主干正好满足了用户端的快速以太网连接的服务请求。这对于充分处理突发流量非常重要。

同时，在校园网或城域网中，不管跨越几个网络层,对于随机的Intranet

交通量都要求提供端到端的持续不变的高性能。为了实现这一点,在一台交换机中同时具备高性能的第2层和第3层转发能力是唯一的解决方案。

无阻塞能力和有选择的转发功能是用户的主要需求。而各种非常有效的网管工具使得网络管理员能够有效且高效地把业务策略注入转发引擎中，其性能可以通过网管软件实时监测。这将从根本上有助于用户根据公司的短期和长期业务发展需要确定和交付所需的网络服务。新一代千兆以太网交换机支持这些特点和服务，同时也支持通用的路由协议,如IP/RIP或IP/OSPF等。这也大大降低了网络设备的复杂性。

3.网络设计的目标及原则

网络系统的高性能要求核心交换机满足网络中心海量数据交换的要求，上连中心的通讯链路带宽能够满足应用对网络的性能要求。不管是企业网还是城域网、广域网，其上的信息应用正以前所未有的速度发展，新的多媒体应用及新的数据应用对带宽提出了更高的要求。以企业普遍采用Intranet网络模式来说，其 WWW 服务器，FTP服务器，Lotus Notes 群件应用服务器，Novell Server

等服务器群支撑着整个企业的信息服务环境。企业各部门用户客户端应用软件，透过网络访问中心服务器，请求应用，查询数据库。网络的负载流量主要是从边缘设备到核心的数据交换，随着企业业务的发展，网络规模的扩展，以及应用的信息交换量增加，使得企业网络通常首先在核心发生通讯瓶颈现象。改善企业园区局域网的网络数据交换性能，往往是首先扩充核心交换机的交换性能，增加边缘设备到核心的数据通讯带宽，以减轻整个网络的瓶颈，使得应用软件的性能和效率得到提高。因此在设计企业园区局域网的原则上，首先应该考虑满足网络规模所要求的核心设备数据交换处理能力，以及边缘设备到核心的链路带宽。

3.1可靠性与可用性

网络系统设计中的设备高可靠性和系统高可用性；要求核心交换机所有关键部件可以实现冗余工作，可以在线更换(插拔)，故障的恢复时间在秒级间隔内完成。多级容错设计基于单个设备高可靠性的基础之上进一步提高系统的可用性。

就企业应用来说，其通过先进的计算机、网络等信息技术，实现生产过程的自动化控制，无纸办公自动化，提高了企业的生产、管理效率和水平。支持企业应用的基础设施是企业的园区网络，它的工作状况会直接影响到企业的办公应用环境，交易、生产、开发、设计等业务环境，财务管理，部品管理等环境，信息检索、数据库查询、Internet浏览等支持企业正常运行的必要服务设施功能。网络的可靠性要求是保障企业应用环境正常运行的首要条件，网络要求可靠性的同时，要求网络具有高可用性。网络设备的选择，尤其是核心机箱式设备，应该可以配置冗余部件，关键部件不存在单一故障点，也就是说，像交换机的电源、风扇、交换引擎、管理模块这些部件可以冗余备份，其中之一任何部件的损坏，不会影响设备的正常运行，不会影响网络的连通。提供网络设备的可靠性，容错性的另一个要求是设备损坏部件更换时，不需要停机，更换部件后不需要重新启动，也就是说部件的更换可以进行在线操作，这样可以使停机的时间降低到最小。