技術(shù)上的重要進展，以及價格、性能的大幅改進，使得萬兆以太網(wǎng)不僅被部署到數(shù)據(jù)中心，還開始被應(yīng)用于園區(qū)網(wǎng)絡(luò)。隨著帶寬需求的增長，以及企業(yè)應(yīng)用總數(shù)的增加(詳見本文所要介紹的示例)，萬兆以太網(wǎng)的部署范圍正在加速擴大。

簡介

自從IEEE 802.3ae標(biāo)準(zhǔn)于2002年中獲得批準(zhǔn)以來，萬兆以太網(wǎng)端口的售貨量已經(jīng)從每季度幾百個端口增加到了每季度幾萬個端口。萬兆以太網(wǎng)的部署量之所以會出現(xiàn)如此快速的增長，主要源自于下列因素：

萬兆以太網(wǎng)每端口價格的大幅降低――目前，萬兆以太網(wǎng)的價格還不到2002年中時的五分之一。因此，在智能模塊化交換機中，萬兆以太網(wǎng)目前的性價比(包括光纖成本)已經(jīng)與基于光纖的千兆以太網(wǎng)相差無幾。

新型光纖擴大了萬兆以太網(wǎng)的部署范圍――目前，新型光纖的出現(xiàn)讓萬兆以太網(wǎng)可以部署到從數(shù)據(jù)中心到配線間的任何環(huán)境之中，而且可以延用現(xiàn)有的光纖布線。

帶寬持續(xù)增長――首先，千兆以太網(wǎng)到桌面的部署量已經(jīng)在2004年底之前達到了每季度數(shù)百萬個端口。如此廣泛的部署大大提高了網(wǎng)絡(luò)其他部分的超額使用率。萬兆以太網(wǎng)有助于將超額使用率降低到了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計最佳實踐所要求的水平。其次，服務(wù)器適配器和PIC總線技術(shù)的發(fā)展使得服務(wù)器能夠生成超過7Gbps的流量，這提高了為服務(wù)器使用萬兆以太網(wǎng)連接的需求。最后，新型應(yīng)用在企業(yè)園區(qū)、數(shù)據(jù)中心內(nèi)部和數(shù)據(jù)中心之間，都催生了對于萬兆以太網(wǎng)性能的要求。以下章節(jié)將會詳細介紹這些應(yīng)用。

以上因素預(yù)計將會繼續(xù)推動萬兆以太網(wǎng)市場的發(fā)展。根據(jù)Dell’Oro Group的預(yù)測，這個市場將會從2004年的3.85億美元，增長到2009年的29億美元。

本文將介紹萬兆以太網(wǎng)與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的技術(shù)和應(yīng)用。針對電信運營商的萬兆以太網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用(例如WAN PHY和接入點[POP]內(nèi)部互聯(lián)等)不屬于本文的討論范圍。

技術(shù)概述

MAC層屬性

因為萬兆以太網(wǎng)仍然屬于以太網(wǎng)，所以它可以充分利用經(jīng)過多年發(fā)展的以太網(wǎng)技術(shù)，簡化向這種更高速技術(shù)的遷移過程。與此前的快速以太網(wǎng)和千兆以太網(wǎng)一樣，萬兆以太網(wǎng)采用了IEEE 802.3 以太網(wǎng)MAC協(xié)議、以太網(wǎng)幀格式和幀尺寸。它支持標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)服務(wù)，例如802.3ad鏈路匯聚，最多可以將8個萬兆以太網(wǎng)鏈路匯聚到一個虛擬的 80Gbps連接上。因為萬兆以太網(wǎng)也是全雙工的點對點技術(shù)，它可以在不導(dǎo)致數(shù)據(jù)包沖突的情況下，同時支持來自于鏈路兩端的流量。因此，它不存在固有的距離限制。最大鏈路距離取決于傳輸機制和傳輸介質(zhì)光纖，而不取決于以太網(wǎng)沖突域的范圍大小。

物理層屬性

通用接口的命名規(guī)范和工作范圍

在某種新型以太網(wǎng)技術(shù)面世時，人們首先提出的問題之一就是：“它能傳輸多遠的距離?”與以前的以太網(wǎng)技術(shù)一樣，萬兆以太網(wǎng)的傳輸距離取決于用戶所使用的物理接口類型。由于目前存在多種可供選擇的萬兆以太網(wǎng)接口，所以人們需要一種統(tǒng)一的命名規(guī)范來區(qū)分不同的光纖接口、光纖類型和傳輸距離(參見表1)。

萬兆以太網(wǎng)的物理層接口通常使用下列命名規(guī)范：

前綴 = “10GBASE-” = 10Gbps基帶通信

首個后綴 = 介質(zhì)類型或者波長(如果介質(zhì)類型是光纖的話)

第二個后綴 = PHY編碼類型

第三個后綴 = 寬波分復(fù)用(WWDM)波長或者XAUI通道個數(shù)

例如，10GBASE-LX4光傳輸模塊使用一個1310納米(nm)的激光束，LAN PHY(8B/10B)編碼，4個WWDM波長。10GBASE-SR光傳輸模塊使用一個串行850nm的激光束，LAN PHY (64B/66B)編碼，1個波長。IEEE 802.3an任務(wù)組計劃在2006年的稍晚些時候，確定基于雙絞線銅纜的萬兆以太網(wǎng)(10GBASE-T)的標(biāo)準(zhǔn)。

表2匯總了可在企業(yè)環(huán)境中使用的萬兆以太網(wǎng)接口所支持的傳輸范圍和介質(zhì)類型。

在現(xiàn)有的從園區(qū)分發(fā)層到配線間的光纖布線中，有超過75%都是FDDI級別的(62.5微米)多模光纖(MMF)。距離要求通常超過100米(m)。因此，要在現(xiàn)有的FDDI級別MMF上為配線間部署萬兆以太網(wǎng)，通常需要使用10GBASE-LX4光傳輸模塊。

#p#

外型

萬兆以太網(wǎng)可插拔接口具有多種外型，例如XENPAK、X2和XFP。從部署的角度而言，這些外型之間的主要區(qū)別在于：1)某個指定外型所支持的萬兆以太網(wǎng)物理接口的寬度;2)物理尺寸。例如，由于空間限制，XFP外型目前并不支持10GBASE-LX4和10BASE-CX4光傳輸模塊。只要鏈路兩端的萬兆以太網(wǎng)物理接口類型(例如10GBASE-LX4或者10GBASE-SR)相同，不同類型的接口就能在光傳輸方面進行交互操作。

萬兆以太網(wǎng)相對于匯總多條千兆以太網(wǎng)鏈路的優(yōu)勢

很多網(wǎng)絡(luò)管理人員都在考慮，是應(yīng)當(dāng)匯聚多條千兆以太網(wǎng)鏈路，還是部署一個萬兆以太網(wǎng)鏈路。與過去一樣，這兩種方式都各有利弊，需要根據(jù)實際情況選擇合適的方式。但是，與匯聚多條千兆以太網(wǎng)鏈路相比，萬兆以太網(wǎng)可以提供一些重要的優(yōu)勢：

減少光纖使用量——一條萬兆以太網(wǎng)鏈路所使用的光纖束少于千兆以太網(wǎng)匯聚方式。后者需要為每條千兆以太網(wǎng)鏈路使用一個光纖束。萬兆以太網(wǎng)的這種優(yōu)勢可以降低數(shù)據(jù)中心的布線復(fù)雜度。對于那些可能因為成本原因而無法鋪設(shè)更多光纖的園區(qū)環(huán)境，萬兆以太網(wǎng)能夠更加有效地使用現(xiàn)有的光纖布線。

為大型數(shù)據(jù)流提供更加有力的支持——由于終端設(shè)備的數(shù)據(jù)包排序要求，匯聚的千兆以太網(wǎng)鏈路所能支持的鏈路可能只限于1Gbps的數(shù)據(jù)流。相比之下，由于單個萬兆以太網(wǎng)鏈路具有更高的容量，所以萬兆以太網(wǎng)能夠更加有效地支持那些會產(chǎn)生多Gb數(shù)據(jù)流的應(yīng)用。

更久的部署使用壽命——萬兆以太網(wǎng)能夠提供高于多個千兆以太網(wǎng)鏈路的可擴展性，延長部署的使用壽命。最多可以將8個萬兆以太網(wǎng)鏈路匯總到一個虛擬的80Gbps連接。

萬兆以太網(wǎng)的企業(yè)應(yīng)用場景

如前所述，萬兆以太網(wǎng)現(xiàn)在可以部署在從數(shù)據(jù)中心到配線間上行鏈路的已有光纖布線之上(如圖1所示)。隨著終端設(shè)備連接帶寬的增加，萬兆以太網(wǎng)部署還可以繼續(xù)拓展到網(wǎng)絡(luò)核心之外，從而提升網(wǎng)絡(luò)的可擴展性。例如，千兆以太網(wǎng)到桌面的部署量已經(jīng)在2004年底之前達到了每季度數(shù)百萬個端口。如此廣泛的部署大大提高了配線間上行鏈路的超額使用率，尤其是考慮到超過90%的配線間流量都會以由北往南的方式流經(jīng)上行鏈路。

圖2顯示了一個典型的高密度園區(qū)配線間的發(fā)展歷程。在20世紀(jì)90年代后期，常見的做法是為桌面部署10/100以太網(wǎng)，再配以冗余千兆以太網(wǎng)上行鏈路。如果每臺交換機連接了192個用戶，那么超額使用率就約為19:1。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計最佳實踐的要求，配線間帶寬超額使用率應(yīng)該介于 15:1到20:1之間，因此這種做法沒有超出規(guī)定的范圍。但是，隨著千兆以太網(wǎng)到桌面近些年來的日益普及，這些超額使用率迅速地攀升到了48:1，甚至 96:1。即使配線間上行鏈路已經(jīng)增加到兩個或者四個千兆以太網(wǎng)通道，情況也沒有得到改觀。通過為當(dāng)前的交換解決方案部署萬兆以太網(wǎng)上行鏈路，有助于將配線間的超額使用率恢復(fù)到網(wǎng)絡(luò)設(shè)計最佳實踐所要求的范圍之內(nèi)，并可以根據(jù)未來的需要進一步擴展帶寬容量。

整個企業(yè)的萬兆以太網(wǎng)部署

通過萬兆以太網(wǎng)擴展配線間的上行鏈路

#p#

桌面應(yīng)用

覆蓋整個企業(yè)的萬兆以太網(wǎng)部署可以支持不斷增多的桌面應(yīng)用。這些應(yīng)用大大提升了企業(yè)對于帶寬的需求，其中包括：

總桌面數(shù)據(jù)負荷——由于桌面負荷的不斷增長(如圖3所示)和新型應(yīng)用對于更高帶寬的要求，每個桌面的總帶寬需求也在持續(xù)增加。例如，由于越來越多的員工依賴于最新的PC數(shù)據(jù)，PC備份應(yīng)用顯得尤為重要。通過自動――而不是由用戶――執(zhí)行備份任務(wù)，可以減少數(shù)據(jù)丟失，提高備份頻率。對一個企業(yè)中的所有桌面進行頻繁的PC備份會給網(wǎng)絡(luò)帶來沉重的負擔(dān)，尤其是考慮到文件尺寸不斷增長(例如 Microsoft Outlook數(shù)據(jù)文件和PowerPoint演示)所帶來的影響。另外，企業(yè)正在從傳統(tǒng)的客戶端/服務(wù)器應(yīng)用(即在每個桌面上使用臃腫的、專用的客戶端)轉(zhuǎn)向基于Web的應(yīng)用(即在每個桌面上使用簡便的標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器)，以利用Web技術(shù)在運營、開發(fā)方面所具備的成本節(jié)約優(yōu)勢。但是，與專用客戶端相比，瀏覽器需要更多地與服務(wù)器進行通信，才能獲得信息并執(zhí)行處理任務(wù)，進而導(dǎo)致了更高的帶寬使用量。

不斷增長的桌面工作負載

來源：Intel 工作負載預(yù)測

IP視頻應(yīng)用——很多企業(yè)都在部署高帶寬的IP視頻應(yīng)用，以提高工作效率和降低運營成本。例如，在線學(xué)習(xí)讓員工能夠以較低的成本全天候地訪問重要的培訓(xùn)信息，獲得及時的銷售培訓(xùn)、關(guān)于如何提供某項服務(wù)的快速培訓(xùn)以及課程、技能和法規(guī)培訓(xùn)等，從而提高員工的工作效率。企業(yè)和管理層IP視頻通信有助于加強企業(yè)員工對于業(yè)務(wù)目標(biāo)的共識，提升員工士氣。這也是在跨國企業(yè)內(nèi)部促進交流的一種極為有效的方法。IP視頻監(jiān)控解決方案則被用于提高安全可見度，加快存檔資料的檢索和分析速度。對于那些需要面對面交流，但是沒有時間前往指定地點的員工而言，IP視頻會議可以在他們之間實現(xiàn)有效的協(xié)作。所有這些IP視頻應(yīng)用都能夠產(chǎn)生多個高達數(shù)Gb的IP視頻數(shù)據(jù)流，具體取決于企業(yè)希望獲得的視頻質(zhì)量。這無疑會占用大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬。

針對特定行業(yè)的應(yīng)用——很多行業(yè)都有一些需要大量帶寬容量和高性能的定制應(yīng)用。無論這些應(yīng)用采用的是群集方式，還是基于客戶端-服務(wù)器模式，萬兆以太網(wǎng)都能夠迅速地提升網(wǎng)絡(luò)的性能。例如在醫(yī)療行業(yè)，數(shù)字成像應(yīng)用(例如圖像存檔系統(tǒng)[PACS])通常被用于降低成本，減少獲取、分析醫(yī)療圖像(例如X光、MRI和CAT掃描)的延時，提高醫(yī)護人員的工作效率。在媒體和廣告行業(yè)，數(shù)字視頻應(yīng)用可以幫助企業(yè)有效地制作視頻片段，并在分散的團隊之間編輯、評審這些視頻。在制造行業(yè)，越來越多的大型CAD和CAM設(shè)計文件需要在身處不同地點的團隊成員之間分享。在金融行業(yè)，對于更有價值的、實時的金融信息的持續(xù)需求進一步提升了企業(yè)對于網(wǎng)絡(luò)性能的需求。

這些應(yīng)用示例和其他一些桌面應(yīng)用的不斷發(fā)展，都推動了在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中使用萬兆以太網(wǎng)的強烈需求。

#p#

存儲網(wǎng)絡(luò)

在客戶服務(wù)、消息傳遞、電子商務(wù)、在線多媒體和目錄內(nèi)容等應(yīng)用的推動下，企業(yè)對于存儲容量的需求一直在不斷的增長。這樣的“信息爆炸”要求IT經(jīng)理們找出經(jīng)濟有效地訪問、管理和保護這些數(shù)據(jù)的方法。

要從以服務(wù)器為中心的直連式存儲轉(zhuǎn)向以網(wǎng)絡(luò)為中心的共享式存儲是實現(xiàn)這些目標(biāo)的重要策略。通過在數(shù)據(jù)中心、城域網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)內(nèi)部共享網(wǎng)絡(luò)化存儲，可以帶來下列優(yōu)勢：

在更大范圍內(nèi)，以共享方式最大限度地使用存儲和信息資源

簡化存儲環(huán)境的管理

最大限度地降低存儲的總體擁有成本(TCO)

提高數(shù)據(jù)的可用性和完整性

利用萬兆以太網(wǎng)，IT經(jīng)理現(xiàn)在可以將他們的網(wǎng)絡(luò)存儲環(huán)境提升到新的水平，并利用基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)支持要求最嚴(yán)格的存儲解決方案，例如：

通過數(shù)據(jù)中心備份和災(zāi)難恢復(fù)提高業(yè)務(wù)永續(xù)性——為了滿足嚴(yán)格的業(yè)務(wù)要求，企業(yè)一直面臨著如何開發(fā)出經(jīng)濟高效、安全、可擴展的業(yè)務(wù)連續(xù)性和災(zāi)難恢復(fù)策略的挑戰(zhàn)。企業(yè)之所以要采用城域存儲網(wǎng)絡(luò)，一個重要的因素是他們需要在遠程地點建立備份和遠程鏡像，以拓展已經(jīng)達到容量極限的數(shù)據(jù)中心，或者集中位于多個園區(qū)或者地點的數(shù)據(jù)中心資源。萬兆以太網(wǎng)的遠程傳輸能力讓企業(yè)可以在相距 80公里的兩地之間提供高速的網(wǎng)絡(luò)連接。通過使用光學(xué)放大器和散射補償器，傳輸距離還能進一步延長。因此，企業(yè)能夠支持在此范圍內(nèi)的多個園區(qū)，實現(xiàn)存儲到服務(wù)器和存儲到存儲的數(shù)據(jù)傳輸。利用萬兆以太網(wǎng)和智能交換所提供的高帶寬、低延時和安全性，企業(yè)可以更加輕松地、在企業(yè)存儲系統(tǒng)的某些距離遙遠的組件之間，實現(xiàn)無縫的數(shù)據(jù)傳輸。圖4顯示了一個可以支持所有基于IP存儲的城域解決方案和技術(shù)的萬兆以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，包括網(wǎng)絡(luò)附加存儲(NAS)、互聯(lián)網(wǎng)小型計算機系統(tǒng)接口(iSCSI)、基于IP的光纖通道(FCIP)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理協(xié)議(NDMP)。

用于備份和數(shù)據(jù)恢復(fù)的萬兆以太網(wǎng)

對于需要更高帶寬的匯聚、更遠的傳輸距離、低延時，以及支持非IP技術(shù)(例如光纖通道或者IBM的企業(yè)系統(tǒng)連接[ESCON]協(xié)議)的部署，密集波分復(fù)用(DWDM)能夠在城域網(wǎng)(MAN)中，提供高容量、獨立于協(xié)議的存儲訪問和傳輸功能。這種基于光纖的城域網(wǎng)的關(guān)鍵性存儲應(yīng)用包括：備份、遠程鏡像、災(zāi)難恢復(fù)、群集和存儲外包。同步鏡像需要極低的延時和很高的帶寬，而萬兆以太網(wǎng)可以提供這些要素的理想組合，滿足這種關(guān)鍵任務(wù)型的業(yè)務(wù)需求。

用于高性能數(shù)據(jù)共享和存儲整合的網(wǎng)絡(luò)附加存儲(NAS)——NAS已經(jīng)成為基于IP的存儲整合和文件共享的主流部署方式。NAS在很多環(huán)境中得到了廣泛的應(yīng)用，包括協(xié)作式工作組開發(fā)、工程設(shè)計、電子郵件、Web服務(wù)和一般性文件服務(wù)。由于NAS操作系統(tǒng)的可定制性，NAS文件服務(wù)器能夠極為有效地處理I/O。這使得它很容易就會以線速占滿多個千兆以太網(wǎng)通道。因此，企業(yè)迫切需要為NAS存檔整合采用萬兆以太網(wǎng)，如圖5所示。另外，越來越多的企業(yè)需要為NAS文件服務(wù)器建立直接的萬兆以太網(wǎng)連接，以支持那些單個數(shù)據(jù)流超過 1Gbps的高性能應(yīng)用。相比之下，802.3ad鏈路匯聚無法支持這樣的應(yīng)用。

除了提供對共享文件的高性能訪問以外，萬兆以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施還能利用多種協(xié)議，例如網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理協(xié)議(NDMP)，實現(xiàn)服務(wù)器之間的復(fù)制和備份到磁盤等功能。

用于NAS數(shù)據(jù)共享和整合的萬兆以太網(wǎng)

日益增長的共享存儲扇出需求——隨著直連式存儲管理成本的不斷提高，以及存儲子系統(tǒng)容量的日益增長(達到數(shù)百TB級別)，企業(yè)迫切需要整合一些過去不被視為存儲網(wǎng)絡(luò)組成部分的系統(tǒng)。要做到這一點，企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)主要圍繞著將存域網(wǎng)(SAN)拓展到數(shù)量有限的高性能節(jié)點以外所需要的成本和可擴展性。實踐證明，利用經(jīng)濟高效的iSCSI協(xié)議，在IP網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)整個企業(yè)對存儲的訪問，是將存儲扇出到成百上千臺過去不屬于存儲網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器的有效途徑。在圖6中，園區(qū)中支持iSCSI的服務(wù)器可以通過萬兆以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和 Cisco MDS 9500訪問數(shù)據(jù)中心的光纖通道SAN。Cisco MDS 9500在這里可以充當(dāng)一個指向光纖通道存儲的iSCSI網(wǎng)關(guān)。萬兆以太網(wǎng)提供了必要的網(wǎng)絡(luò)可擴展性，以幫助越來越多的分散式設(shè)備訪問整個企業(yè)中的共享存儲。

用于提高存儲整合扇出能力的萬兆以太網(wǎng)

#p#

群集和網(wǎng)格計算

群集和網(wǎng)格計算旨在滿足那些需要進行大量CPU計算、任務(wù)處理和I/O傳輸?shù)膽?yīng)用的要求。這些應(yīng)用需要多臺服務(wù)器才能有效地完成工作負載。群集為將計算需求擴展到多臺服務(wù)器提供了一種經(jīng)濟高效的方法，可以讓多個計算節(jié)點作為一個龐大的、虛擬的計算節(jié)點協(xié)同工作。群集應(yīng)用可能對計算節(jié)點之間的互聯(lián)性能極為敏感，因而對于連接這些節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提出了很高的要求。因此，通過借助萬兆以太網(wǎng)的低延時特性最大限度地提高網(wǎng)絡(luò)性能，群集應(yīng)用可以獲得有力的支持。為了最大限度地減少服務(wù)器延時和CPU負荷，企業(yè)開始采用一些新穎的服務(wù)器端技術(shù)，例如系統(tǒng)級I/O加速，TCP/IP卸載引擎(TOE)，以及遠程直接內(nèi)存訪問(RDMA)。這些在網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器性能方面取得的重要進展，也能夠受益于廣泛部署的以太網(wǎng)和IP技術(shù)在互操作性、管理和投資保護方面提供的優(yōu)勢。

雖然群集計算部署主要供科研機構(gòu)使用，但是越來越多的商業(yè)機構(gòu)也開始采用這項技術(shù)。數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用服務(wù)器供應(yīng)商已經(jīng)在其產(chǎn)品中加入了對群集計算的支持。群集計算還被廣泛地應(yīng)用到了其他一些高性能計算(HPC)應(yīng)用之中，例如金融分析和建模，石油天然氣勘測分析，以及工程建模等。圖7顯示了萬兆以太網(wǎng)在一個HPC群集內(nèi)部，以及兩個分布式HPC群集之間，在DWDM的基礎(chǔ)上提供高性能的網(wǎng)絡(luò)連接。

用于群集和網(wǎng)格計算的萬兆以太網(wǎng)

總結(jié)

由于價格、性能目標(biāo)的實現(xiàn)，新型光纖接口對于更廣泛部署的支持，以及日益增加的新型應(yīng)用不斷提高對帶寬的要求，萬兆以太網(wǎng)的部署量正在迅速增長。但是，萬兆以太網(wǎng)僅僅是一個范圍更廣泛的交換解決方案的網(wǎng)絡(luò)接口。成功的萬兆以太網(wǎng)部署還會結(jié)合一些領(lǐng)先的智能交換服務(wù)，例如集成化安全、高可用性、交付優(yōu)化和增強的可管理性等，從而為新型應(yīng)用提供必要的支持。另外，為了最大限度地降低成本，企業(yè)在轉(zhuǎn)向萬兆以太網(wǎng)的過程中，應(yīng)當(dāng)充分地利用對模塊、機箱和其他組件的已有交換投資。