1、千兆以太網技術原理

 1.1早期以太網技術

以太網：IEEE802.3定義了10Mbps的以太網標準，采用載波監聽和沖突檢測（CSMA／CD） 協議，以半雙工方式運行。從80年代末開始以太網取得了巨大的成功。10BaseT是運行在3類或 更高類別的雙絞線上的以太網，10Base2／5是運行在同軸電纜上的以太網，10BaseFL是運行在 光纖上的以太網。由于沖突檢測的協議要求一個512位的時間槽保證無錯誤的檢測到沖突，所以 以太網的距離覆蓋范圍受到了限制，10BaseFL最大的覆蓋距離為2km，10BaseT在一個網段內的 最大覆蓋距離為100m。

快速以太網：IEEE802.3u定義了100Mbps的快速以太網標準，它可以用半雙工的方式運行 CSMA／CD協議，也可以有全雙工的方式。由于快速以太網對以太網的后向兼容性，在90年代的 中后期，快速以太網成為局域網中的主流技術。100BaseTX是運行于5類雙絞線上的快速以太網， 100BaseFX是運行于光纖上的快速以太網。對于以半雙工方式運行的快速以太網，同樣也有距離 覆蓋范圍的限制，并且由于快速以太網以100Mbps的速率運行，時間槽長度同樣是512位，所以 它的最大距離覆蓋范圍是以太網的1／10，為200m。但是對于全雙工方式運行的快速以太網， 在理論上就不再有距離的限制，而實際受限于電或光信號的衰減。如實際中運行在單模光纖上 的100BasFX SMF的全雙工快速以太網最大覆蓋距離可達20km以上。

1.2千兆以太網協議

1998年6月在千兆以太網聯盟的推動下IEEE正式發布了千兆以太網標準IEEE 802.3。把以 太網的速率提高到了1000MbPs。而在此之前的1997年，就已經有很多的廠商迫不及待地推出了 千兆以太網的產品，結網絡界帶來了全新的解決方案。到了現在的2000年，我們已經可以很清 晰地看到，不僅以太網和快速以太網在桌面和工作組級網絡中打敗了ATM，在城域網中，千兆 以太網也憑借其良好的兼容性和優異的性價比占據了絕對的上風?？梢灶A見未來隨著價格的下 跌，千兆以太網會象快速以太網一樣普及。

1.2.1 半雙工千兆以太網 MAC層協議

對于快速以太網來說，512位的時間槽內電波或光可以傳輸400m遠，假如在千兆以太網中， 512位的時間槽內電波或光的傳輸距離則只有40m遠，采用星型拓撲結構的半雙工千兆以太網的 覆蓋半徑只有20m。這樣的距離覆蓋范圍在實際中無法得到大規模推廣。為了解決這個問題， IEEE對以太網的MAC層協議作了第一次重大修改：載波擴展和幀突發。

（1）載波擴展

為了使千兆以太網的距離覆蓋范圍達到實用標準，半雙工千兆以太網時間槽長度擴展到了 4096位，這樣半雙工千兆以太網的距離覆蓋范圍擴展到了160m。為了兼容以太網和快速以太網 中的幀結構，半雙工千兆以太網的最小幀長度仍需要保持為64byte。但考慮到時間槽長度為51 byte，為了能夠匹配時間糟的長度，當某個DTE發送小于512byte幀時，半雙 工千兆以太網MAC 將在正常發送數據之后發送一個載波擴展序列直到一個時間精結束。例如：某DTE發送一個64 byte幀，MAC將會在其后加入512-64＝448byte的載波擴展序列。假如DTE發送的幀長度大于512 byte，則MAC不做任何改變。

在載波擴展的情況下，解決了半雙工千兆以太網距離覆蓋范圍的問題，但引入了一個新的 問題：對于長度較小的以太網幀的發送效率降低了。對于一個64byte的幀來說，盡管發送速度 較快速以太網增加了10倍，但發送時間增加了8倍。這樣的效率并未比快速以太網提高多少，為 了解決半雙工千兆以太網的效率問題，IEEE又引入了幀突發這種技術。

（2）幀突發

幀突發的工作方式如下：對于 DTE發送的第一個小于512byte的幀，依然使用載波擴展到 512byte，但隨后發送的小于512byte的短幀不再使用載波擴展，而是加入96bit的幀間隔序列 后連續發送短幀，最長可以突發到65536位。這種做法可以成立的原因在于一個正確配置的網 絡環境里，假如某個DTE開始發送數據后，其他 DTE都可以通過載波監聽協議檢測到其信號并 抑制本身的數據發射。使用了幀突發的半雙工千兆以太網的效率得到了改善，當一個DTE連續 的突發64byte幀并突發持續65536位時，其效率約為72％。

1.2.2 全雙工千兆以太網MAC層協議

在全雙工千兆以太網中，由于每個千兆以太網DTE在通信時獨占一個信道，因此不需要考 慮以太網的沖突問題。自然，全雙工千兆以太網也不受時間槽長度的限制，從而也沒有距離覆 蓋范圍的限制。

與半雙工方式相比，全雙工千兆以太網的MAC層的區別主要有以下幾點：

（1）在接受活動中幀的發送不會被推遲

（2）全雙工方式下的沖突指示將被忽略

（3）沒有載波擴展，最小幀長度仍為64字節

（4）沒有幀突發

在全雙工交換式以太網中，假如多個輸人端口同時向一個輸出瑞口輸出數據，那么將會在 輸出端口產生擁塞，這時一些輸入喘口發送的幀將會被丟棄。假如在以太網幀上承載的是TCP ／ip協議的數據包，那么TCP的傳輸機制會自動重發被丟棄的數據包，可以想象每個產生了丟 包的輸入端口都將重新發包，引發新一輪的擁塞和丟包，結果是導致網絡的吞吐率大幅下降。 為了避免丟包（丟幀）和重發現象的發生，IEEE在MAC層引入了802.3x流量控制協議來避免丟 包現象發生。

流量控制的原理是當交換機檢測到發生擁塞的端口之后，就會向輸入端口發送暫停幀，通 知其抑制發送的流量，最后達到消除擁塞。流量控制并不能提高整個交換機的數據吞吐能力， 但是避免了在交換機內的丟包現象。

1.2.3千兆以太網物理層協議

IEEE定義了幾種用于不同物理介質的千兆以太網接口，有1000Base－CX，1000Base－SX， 1000Base－LX，1000Base－T，其中1000Base－CX是用于155Ω平衡同軸電纜上的接口，在實際 中沒有真正的產品，1000Base－T是可用于5類或更高類別雙絞線的接口，它的標準是IEEE802.3 ab，這一標準剛剛于1999年6月發布，現在市場中剛剛推出商用的產品。

1000Base—SX使用850nm波長激光的接口，只適用于多模光纖。 1000Base－LX使用1300nm 波長激光的接口，適用于單模和多模光纖。1000Base一SX主要用于校園網和企業網骨干。 1000Base一LX主要應用于城域網，現在城域網中另外一種應用較多的是1000Base一LH的長距離 千兆以太網光接口，一般使用1300nm或1550nm波長的激光，可達到50km以上甚至100km的無中 繼傳輸距離。

需要非凡指出的是，由于 IEEE給出的是最惡劣傳輸條件下的千兆以太網傳輸距離，在實 際應用中，各個廠商的產品的傳輸距離遠遠超過標準的規定，如阿爾卡特的PowerRail千兆路 由交換機的1000Base—LX接口在實際測試中可以無中繼的傳輸 22km。

1.3千兆以太網效率

半雙工以太網的效率問題一直是其弱點，在一個半雙工以太網里的工作站（如計算機）數 增加到某一門限值后，盡管每個工作站是以 10Mbps速率發送數據，但由于沖突的增加，每 個工作站不得不等待很長時間后才有可能發送數據，因此每個工作站得到的平均可用帶寬急劇 下降。在全雙工的交換式以太網中，CSMA／CD協議中的CD沖突檢測機制不再需要，每臺工作站 可以得到獨占的帶寬。因此全雙工交換式以太網的效率不再取決于網絡內的工作站數，而是由 以太網幀的長度而決定。

1.4千兆以太網可靠性

從傳統意義上，以太網被看作是一種局域網（LAN）技術，被大量的應用于企業網中，因 此以太網交換機和以太網的可靠性并沒有被作為最要害的因素加以考慮。隨著交換式全雙工快 速以太網和千兆以太網的成熟，越來越多的運營商選擇千兆以太網作為城域網MAN的首選技術， 這時千兆以太網的可靠性就成為運營商考慮的要害因素。

用千兆以太網實現一個可靠的城域網，現在有兩種成熟的技術：

（1）千兆以太網端口聚合；

（2）千兆以太網1＋1備份。

假如千兆以太網被用于承載IP業務，在網絡層IP這一層次，也可以采用環型或網狀網拓撲 結構，使用IP路由協議來保證網絡可靠性。

下面就這三種技術作一具體介紹。關于千兆路 由交換機的可靠性，請參見第二章。

1.4.1千兆以太網端口聚合（Port Trunking） 在千兆路由交換機中，可以將多個千兆以太網鏈路捆綁為一個虛擬的邏輯鏈路，以達到增 加帶寬，可靠性的目的。這種技術叫做端口聚合（鏈路捆綁）。比較常見的是將四個千兆以太 網鏈路捆綁為一個鏈路，這時的帶寬可達到單向4Gbps雙向8Gbps。

在端口聚合中的多條千兆以太網鍵路可以實現負載分擔，即使其中的一條鏈路的光纖出現 故障，邏輯鏈路仍會保持正常工作。端口聚會需要較多的光纖來構成，2個端口的端口聚合需 要4根光纖，3個端口的聚會需要6根光纖，4個端口的端口聚會需要8根光纖。 1.4.2千兆以太同1＋1備份 和很多ATM交換機里實現的ATM物理鏈路1+1備份相似，千兆以太網也可以實現1十1備份，即 在一個千兆路由交換機的接口模塊上，對應于一個千兆以太網鍵路，實際用兩個千兆以太網鏈 路來連接，一條千兆以太網鏈路作為主用鍵路，另一條則作為備用鍵路。當主用鏈路的光纖出 現故障時，千兆路由交換機可以在1ms的時間內把數據切換到備用鍵路的光纖上傳輸。 在這種1＋1備份方式下，需要用四根光纖來完成1GbPS的傳輸帶寬。每一個千兆以太網鏈路 需要1發1收兩根光纖。

1.4.3 用IP路由來保證城域網可靠性

假如是用千兆以太網來承載IP業務，那么就可以應用IP路由協議的收斂特性來保證城域網 可靠性。使用IP路由，網絡拓撲可以比較靈活，可以是星型、環型、網狀網，或是它們的混合。 這里順帶指出一點：假如沒有使用IP路由，由于生成樹協議（SPanning Tree）的作用，千兆以 太網即使在物理鍵路上構成了環型或網狀網，在交換機的實際的以太網數據交換也無法構成環 狀和網狀網。而在環型和網狀網的拓撲結構中，即使某條鏈路或某個網絡節點故障，由于迂回 路由的存在，整個網絡不會癱瘓。城域網中最典型的 IP路由協議是 OSPF，運行OSPF協議的路 由器利用Hello信息周期性傳遞路由器狀態，當發現鄰近節點故障后，路由器會重新計算路由， 自動找到可迂回的路由，保證網絡恢復正常工作。這一過程被稱之為路由的收斂。一般OSPF協 議的收斂時間大于10秒。與千兆以太網1＋1備份方式相比，OSPF協議從故障中恢復的時間要長 很多。

1.5 千兆以太網和莫他承載IP的城域網技術比較

目前形式下，廣電的寬帶城域網承載的都是基于IP的業務，承載IP的平臺主要有ATM、千兆以太網、POS、DPT這四種技術。本文不做ATM和千兆以太網承載IP的比較，將會有另一文章專門 論述這一課題。 POS最初是用于廣域網在SDH上承載IP的技術，也可以用于探光纖上在城域網使 用。DPT是 CISCO公司專有的城域網技術。 

更多的請看：http://www.QQread.com/windows/2003/index.Html

1、千兆以太網技術原理

 1.1早期以太網技術

以太網：IEEE802.3定義了10Mbps的以太網標準，采用載波監聽和沖突檢測（CSMA／CD） 協議，以半雙工方式運行。從80年代末開始以太網取得了巨大的成功。10BaseT是運行在3類或 更高類別的雙絞線上的以太網，10Base2／5是運行在同軸電纜上的以太網，10BaseFL是運行在 光纖上的以太網。由于沖突檢測的協議要求一個512位的時間槽保證無錯誤的檢測到沖突，所以 以太網的距離覆蓋范圍受到了限制，10BaseFL最大的覆蓋距離為2km，10BaseT在一個網段內的 最大覆蓋距離為100m。

快速以太網：IEEE802.3u定義了100Mbps的快速以太網標準，它可以用半雙工的方式運行 CSMA／CD協議，也可以有全雙工的方式。由于快速以太網對以太網的后向兼容性，在90年代的 中后期，快速以太網成為局域網中的主流技術。100BaseTX是運行于5類雙絞線上的快速以太網， 100BaseFX是運行于光纖上的快速以太網。對于以半雙工方式運行的快速以太網，同樣也有距離 覆蓋范圍的限制，并且由于快速以太網以100Mbps的速率運行，時間槽長度同樣是512位，所以 它的最大距離覆蓋范圍是以太網的1／10，為200m。但是對于全雙工方式運行的快速以太網， 在理論上就不再有距離的限制，而實際受限于電或光信號的衰減。如實際中運行在單模光纖上 的100BasFX SMF的全雙工快速以太網最大覆蓋距離可達20km以上。

1.2千兆以太網協議

1998年6月在千兆以太網聯盟的推動下IEEE正式發布了千兆以太網標準IEEE 802.3。把以 太網的速率提高到了1000MbPs。而在此之前的1997年，就已經有很多的廠商迫不及待地推出了 千兆以太網的產品，結網絡界帶來了全新的解決方案。到了現在的2000年，我們已經可以很清 晰地看到，不僅以太網和快速以太網在桌面和工作組級網絡中打敗了ATM，在城域網中，千兆 以太網也憑借其良好的兼容性和優異的性價比占據了絕對的上風。可以預見未來隨著價格的下 跌，千兆以太網會象快速以太網一樣普及。

1.2.1 半雙工千兆以太網 MAC層協議

對于快速以太網來說，512位的時間槽內電波或光可以傳輸400m遠，假如在千兆以太網中， 512位的時間槽內電波或光的傳輸距離則只有40m遠，采用星型拓撲結構的半雙工千兆以太網的 覆蓋半徑只有20m。這樣的距離覆蓋范圍在實際中無法得到大規模推廣。為了解決這個問題， IEEE對以太網的MAC層協議作了第一次重大修改：載波擴展和幀突發。

（1）載波擴展

為了使千兆以太網的距離覆蓋范圍達到實用標準，半雙工千兆以太網時間槽長度擴展到了 4096位，這樣半雙工千兆以太網的距離覆蓋范圍擴展到了160m。為了兼容以太網和快速以太網 中的幀結構，半雙工千兆以太網的最小幀長度仍需要保持為64byte。但考慮到時間槽長度為51 byte，為了能夠匹配時間糟的長度，當某個DTE發送小于512byte幀時，半雙 工千兆以太網MAC 將在正常發送數據之后發送一個載波擴展序列直到一個時間精結束。例如：某DTE發送一個64 byte幀，MAC將會在其后加入512-64＝448byte的載波擴展序列。假如DTE發送的幀長度大于512 byte，則MAC不做任何改變。

在載波擴展的情況下，解決了半雙工千兆以太網距離覆蓋范圍的問題，但引入了一個新的 問題：對于長度較小的以太網幀的發送效率降低了。對于一個64byte的幀來說，盡管發送速度 較快速以太網增加了10倍，但發送時間增加了8倍。這樣的效率并未比快速以太網提高多少，為 了解決半雙工千兆以太網的效率問題，IEEE又引入了幀突發這種技術。

（2）幀突發

幀突發的工作方式如下：對于 DTE發送的第一個小于512byte的幀，依然使用載波擴展到 512byte，但隨后發送的小于512byte的短幀不再使用載波擴展，而是加入96bit的幀間隔序列 后連續發送短幀，最長可以突發到65536位。這種做法可以成立的原因在于一個正確配置的網 絡環境里，假如某個DTE開始發送數據后，其他 DTE都可以通過載波監聽協議檢測到其信號并 抑制本身的數據發射。使用了幀突發的半雙工千兆以太網的效率得到了改善，當一個DTE連續 的突發64byte幀并突發持續65536位時，其效率約為72％。

1.2.2 全雙工千兆以太網MAC層協議

在全雙工千兆以太網中，由于每個千兆以太網DTE在通信時獨占一個信道，因此不需要考 慮以太網的沖突問題。自然，全雙工千兆以太網也不受時間槽長度的限制，從而也沒有距離覆 蓋范圍的限制。

與半雙工方式相比，全雙工千兆以太網的MAC層的區別主要有以下幾點：

（1）在接受活動中幀的發送不會被推遲

（2）全雙工方式下的沖突指示將被忽略

（3）沒有載波擴展，最小幀長度仍為64字節

（4）沒有幀突發

在全雙工交換式以太網中，假如多個輸人端口同時向一個輸出瑞口輸出數據，那么將會在 輸出端口產生擁塞，這時一些輸入喘口發送的幀將會被丟棄。假如在以太網幀上承載的是TCP ／IP協議的數據包，那么TCP的傳輸機制會自動重發被丟棄的數據包，可以想象每個產生了丟 包的輸入端口都將重新發包，引發新一輪的擁塞和丟包，結果是導致網絡的吞吐率大幅下降。 為了避免丟包（丟幀）和重發現象的發生，IEEE在MAC層引入了802.3x流量控制協議來避免丟 包現象發生。

流量控制的原理是當交換機檢測到發生擁塞的端口之后，就會向輸入端口發送暫停幀，通 知其抑制發送的流量，最后達到消除擁塞。流量控制并不能提高整個交換機的數據吞吐能力， 但是避免了在交換機內的丟包現象。

1.2.3千兆以太網物理層協議

IEEE定義了幾種用于不同物理介質的千兆以太網接口，有1000Base－CX，1000Base－SX， 1000Base－LX，1000Base－T，其中1000Base－CX是用于155Ω平衡同軸電纜上的接口，在實際 中沒有真正的產品，1000Base－T是可用于5類或更高類別雙絞線的接口，它的標準是IEEE802.3 ab，這一標準剛剛于1999年6月發布，現在市場中剛剛推出商用的產品。

1000Base—SX使用850nm波長激光的接口，只適用于多模光纖。 1000Base－LX使用1300nm 波長激光的接口，適用于單模和多模光纖。1000Base一SX主要用于校園網和企業網骨干。 1000Base一LX主要應用于城域網，現在城域網中另外一種應用較多的是1000Base一LH的長距離 千兆以太網光接口，一般使用1300nm或1550nm波長的激光，可達到50km以上甚至100km的無中 繼傳輸距離。

需要非凡指出的是，由于 IEEE給出的是最惡劣傳輸條件下的千兆以太網傳輸距離，在實 際應用中，各個廠商的產品的傳輸距離遠遠超過標準的規定，如阿爾卡特的PowerRail千兆路 由交換機的1000Base—LX接口在實際測試中可以無中繼的傳輸 22km。

1.3千兆以太網效率

半雙工以太網的效率問題一直是其弱點，在一個半雙工以太網里的工作站（如計算機）數 增加到某一門限值后，盡管每個工作站是以 10Mbps速率發送數據，但由于沖突的增加，每 個工作站不得不等待很長時間后才有可能發送數據，因此每個工作站得到的平均可用帶寬急劇 下降。在全雙工的交換式以太網中，CSMA／CD協議中的CD沖突檢測機制不再需要，每臺工作站 可以得到獨占的帶寬。因此全雙工交換式以太網的效率不再取決于網絡內的工作站數，而是由 以太網幀的長度而決定。

1.4千兆以太網可靠性

從傳統意義上，以太網被看作是一種局域網（LAN）技術，被大量的應用于企業網中，因 此以太網交換機和以太網的可靠性并沒有被作為最要害的因素加以考慮。隨著交換式全雙工快 速以太網和千兆以太網的成熟，越來越多的運營商選擇千兆以太網作為城域網MAN的首選技術， 這時千兆以太網的可靠性就成為運營商考慮的要害因素。

用千兆以太網實現一個可靠的城域網，現在有兩種成熟的技術：

（1）千兆以太網端口聚合；

（2）千兆以太網1＋1備份。

假如千兆以太網被用于承載IP業務，在網絡層IP這一層次，也可以采用環型或網狀網拓撲 結構，使用IP路由協議來保證網絡可靠性。

下面就這三種技術作一具體介紹。關于千兆路 由交換機的可靠性，請參見第二章。

1.4.1千兆以太網端口聚合（Port Trunking） 在千兆路由交換機中，可以將多個千兆以太網鏈路捆綁為一個虛擬的邏輯鏈路，以達到增 加帶寬，可靠性的目的。這種技術叫做端口聚合（鏈路捆綁）。比較常見的是將四個千兆以太 網鏈路捆綁為一個鏈路，這時的帶寬可達到單向4Gbps雙向8Gbps。

在端口聚合中的多條千兆以太網鍵路可以實現負載分擔，即使其中的一條鏈路的光纖出現 故障，邏輯鏈路仍會保持正常工作。端口聚會需要較多的光纖來構成，2個端口的端口聚合需 要4根光纖，3個端口的聚會需要6根光纖，4個端口的端口聚會需要8根光纖。 1.4.2千兆以太同1＋1備份 和很多ATM交換機里實現的ATM物理鏈路1+1備份相似，千兆以太網也可以實現1十1備份，即 在一個千兆路由交換機的接口模塊上，對應于一個千兆以太網鍵路，實際用兩個千兆以太網鏈 路來連接，一條千兆以太網鏈路作為主用鍵路，另一條則作為備用鍵路。當主用鏈路的光纖出 現故障時，千兆路由交換機可以在1ms的時間內把數據切換到備用鍵路的光纖上傳輸。 在這種1＋1備份方式下，需要用四根光纖來完成1GbPS的傳輸帶寬。每一個千兆以太網鏈路 需要1發1收兩根光纖。

1.4.3 用IP路由來保證城域網可靠性

假如是用千兆以太網來承載IP業務，那么就可以應用IP路由協議的收斂特性來保證城域網 可靠性。使用IP路由，網絡拓撲可以比較靈活，可以是星型、環型、網狀網，或是它們的混合。 這里順帶指出一點：假如沒有使用IP路由，由于生成樹協議（SPanning Tree）的作用，千兆以 太網即使在物理鍵路上構成了環型或網狀網，在交換機的實際的以太網數據交換也無法構成環 狀和網狀網。而在環型和網狀網的拓撲結構中，即使某條鏈路或某個網絡節點故障，由于迂回 路由的存在，整個網絡不會癱瘓。城域網中最典型的 IP路由協議是 OSPF，運行OSPF協議的路 由器利用Hello信息周期性傳遞路由器狀態，當發現鄰近節點故障后，路由器會重新計算路由， 自動找到可迂回的路由，保證網絡恢復正常工作。這一過程被稱之為路由的收斂。一般OSPF協 議的收斂時間大于10秒。與千兆以太網1＋1備份方式相比，OSPF協議從故障中恢復的時間要長 很多。

1.5 千兆以太網和莫他承載IP的城域網技術比較

目前形式下，廣電的寬帶城域網承載的都是基于IP的業務，承載IP的平臺主要有ATM、千兆以太網、POS、DPT這四種技術。本文不做ATM和千兆以太網承載IP的比較，將會有另一文章專門 論述這一課題。 POS最初是用于廣域網在SDH上承載IP的技術，也可以用于探光纖上在城域網使 用。DPT是 CISCO公司專有的城域網技術。 

更多的請看：http://www.qqread.com/windows/2003/index.html

1、千兆以太網技術原理

 1.1早期以太網技術

以太網：IEEE802.3定義了10Mbps的以太網標準，采用載波監聽和沖突檢測（CSMA／CD） 協議，以半雙工方式運行。從80年代末開始以太網取得了巨大的成功。10BaseT是運行在3類或 更高類別的雙絞線上的以太網，10Base2／5是運行在同軸電纜上的以太網，10BaseFL是運行在 光纖上的以太網。由于沖突檢測的協議要求一個512位的時間槽保證無錯誤的檢測到沖突，所以 以太網的距離覆蓋范圍受到了限制，10BaseFL最大的覆蓋距離為2km，10BaseT在一個網段內的 最大覆蓋距離為100m。

快速以太網：IEEE802.3u定義了100Mbps的快速以太網標準，它可以用半雙工的方式運行 CSMA／CD協議，也可以有全雙工的方式。由于快速以太網對以太網的后向兼容性，在90年代的 中后期，快速以太網成為局域網中的主流技術。100BaseTX是運行于5類雙絞線上的快速以太網， 100BaseFX是運行于光纖上的快速以太網。對于以半雙工方式運行的快速以太網，同樣也有距離 覆蓋范圍的限制，并且由于快速以太網以100Mbps的速率運行，時間槽長度同樣是512位，所以 它的最大距離覆蓋范圍是以太網的1／10，為200m。但是對于全雙工方式運行的快速以太網， 在理論上就不再有距離的限制，而實際受限于電或光信號的衰減。如實際中運行在單模光纖上 的100BasFX SMF的全雙工快速以太網最大覆蓋距離可達20km以上。

1.2千兆以太網協議

1998年6月在千兆以太網聯盟的推動下IEEE正式發布了千兆以太網標準IEEE 802.3。把以 太網的速率提高到了1000MbPs。而在此之前的1997年，就已經有很多的廠商迫不及待地推出了 千兆以太網的產品，結網絡界帶來了全新的解決方案。到了現在的2000年，我們已經可以很清 晰地看到，不僅以太網和快速以太網在桌面和工作組級網絡中打敗了ATM，在城域網中，千兆 以太網也憑借其良好的兼容性和優異的性價比占據了絕對的上風?？梢灶A見未來隨著價格的下 跌，千兆以太網會象快速以太網一樣普及。

1.2.1 半雙工千兆以太網 MAC層協議

對于快速以太網來說，512位的時間槽內電波或光可以傳輸400m遠，假如在千兆以太網中， 512位的時間槽內電波或光的傳輸距離則只有40m遠，采用星型拓撲結構的半雙工千兆以太網的 覆蓋半徑只有20m。這樣的距離覆蓋范圍在實際中無法得到大規模推廣。為了解決這個問題， IEEE對以太網的MAC層協議作了第一次重大修改：載波擴展和幀突發。

（1）載波擴展

為了使千兆以太網的距離覆蓋范圍達到實用標準，半雙工千兆以太網時間槽長度擴展到了 4096位，這樣半雙工千兆以太網的距離覆蓋范圍擴展到了160m。為了兼容以太網和快速以太網 中的幀結構，半雙工千兆以太網的最小幀長度仍需要保持為64byte。但考慮到時間槽長度為51 byte，為了能夠匹配時間糟的長度，當某個DTE發送小于512byte幀時，半雙 工千兆以太網MAC 將在正常發送數據之后發送一個載波擴展序列直到一個時間精結束。例如：某DTE發送一個64 byte幀，MAC將會在其后加入512-64＝448byte的載波擴展序列。假如DTE發送的幀長度大于512 byte，則MAC不做任何改變。

在載波擴展的情況下，解決了半雙工千兆以太網距離覆蓋范圍的問題，但引入了一個新的 問題：對于長度較小的以太網幀的發送效率降低了。對于一個64byte的幀來說，盡管發送速度 較快速以太網增加了10倍，但發送時間增加了8倍。這樣的效率并未比快速以太網提高多少，為 了解決半雙工千兆以太網的效率問題，IEEE又引入了幀突發這種技術。

（2）幀突發

幀突發的工作方式如下：對于 DTE發送的第一個小于512byte的幀，依然使用載波擴展到 512byte，但隨后發送的小于512byte的短幀不再使用載波擴展，而是加入96bit的幀間隔序列 后連續發送短幀，最長可以突發到65536位。這種做法可以成立的原因在于一個正確配置的網 絡環境里，假如某個DTE開始發送數據后，其他 DTE都可以通過載波監聽協議檢測到其信號并 抑制本身的數據發射。使用了幀突發的半雙工千兆以太網的效率得到了改善，當一個DTE連續 的突發64byte幀并突發持續65536位時，其效率約為72％。

1.2.2 全雙工千兆以太網MAC層協議

在全雙工千兆以太網中，由于每個千兆以太網DTE在通信時獨占一個信道，因此不需要考 慮以太網的沖突問題。自然，全雙工千兆以太網也不受時間槽長度的限制，從而也沒有距離覆 蓋范圍的限制。

與半雙工方式相比，全雙工千兆以太網的MAC層的區別主要有以下幾點：

（1）在接受活動中幀的發送不會被推遲

（2）全雙工方式下的沖突指示將被忽略

（3）沒有載波擴展，最小幀長度仍為64字節

（4）沒有幀突發

在全雙工交換式以太網中，假如多個輸人端口同時向一個輸出瑞口輸出數據，那么將會在 輸出端口產生擁塞，這時一些輸入喘口發送的幀將會被丟棄。假如在以太網幀上承載的是TCP ／IP協議的數據包，那么TCP的傳輸機制會自動重發被丟棄的數據包，可以想象每個產生了丟 包的輸入端口都將重新發包，引發新一輪的擁塞和丟包，結果是導致網絡的吞吐率大幅下降。 為了避免丟包（丟幀）和重發現象的發生，IEEE在MAC層引入了802.3x流量控制協議來避免丟 包現象發生。

流量控制的原理是當交換機檢測到發生擁塞的端口之后，就會向輸入端口發送暫停幀，通 知其抑制發送的流量，最后達到消除擁塞。流量控制并不能提高整個交換機的數據吞吐能力， 但是避免了在交換機內的丟包現象。

1.2.3千兆以太網物理層協議

IEEE定義了幾種用于不同物理介質的千兆以太網接口，有1000Base－CX，1000Base－SX， 1000Base－LX，1000Base－T，其中1000Base－CX是用于155Ω平衡同軸電纜上的接口，在實際 中沒有真正的產品，1000Base－T是可用于5類或更高類別雙絞線的接口，它的標準是IEEE802.3 ab，這一標準剛剛于1999年6月發布，現在市場中剛剛推出商用的產品。

1000Base—SX使用850nm波長激光的接口，只適用于多模光纖。 1000Base－LX使用1300nm 波長激光的接口，適用于單模和多模光纖。1000Base一SX主要用于校園網和企業網骨干。 1000Base一LX主要應用于城域網，現在城域網中另外一種應用較多的是1000Base一LH的長距離 千兆以太網光接口，一般使用1300nm或1550nm波長的激光，可達到50km以上甚至100km的無中 繼傳輸距離。

需要非凡指出的是，由于 IEEE給出的是最惡劣傳輸條件下的千兆以太網傳輸距離，在實 際應用中，各個廠商的產品的傳輸距離遠遠超過標準的規定，如阿爾卡特的PowerRail千兆路 由交換機的1000Base—LX接口在實際測試中可以無中繼的傳輸 22km。

1.3千兆以太網效率

半雙工以太網的效率問題一直是其弱點，在一個半雙工以太網里的工作站（如計算機）數 增加到某一門限值后，盡管每個工作站是以 10Mbps速率發送數據，但由于沖突的增加，每 個工作站不得不等待很長時間后才有可能發送數據，因此每個工作站得到的平均可用帶寬急劇 下降。在全雙工的交換式以太網中，CSMA／CD協議中的CD沖突檢測機制不再需要，每臺工作站 可以得到獨占的帶寬。因此全雙工交換式以太網的效率不再取決于網絡內的工作站數，而是由 以太網幀的長度而決定。

1.4千兆以太網可靠性

從傳統意義上，以太網被看作是一種局域網（LAN）技術，被大量的應用于企業網中，因 此以太網交換機和以太網的可靠性并沒有被作為最要害的因素加以考慮。隨著交換式全雙工快 速以太網和千兆以太網的成熟，越來越多的運營商選擇千兆以太網作為城域網MAN的首選技術， 這時千兆以太網的可靠性就成為運營商考慮的要害因素。

用千兆以太網實現一個可靠的城域網，現在有兩種成熟的技術：

（1）千兆以太網端口聚合；

（2）千兆以太網1＋1備份。

假如千兆以太網被用于承載IP業務，在網絡層IP這一層次，也可以采用環型或網狀網拓撲 結構，使用IP路由協議來保證網絡可靠性。

下面就這三種技術作一具體介紹。關于千兆路 由交換機的可靠性，請參見第二章。

1.4.1千兆以太網端口聚合（Port Trunking） 在千兆路由交換機中，可以將多個千兆以太網鏈路捆綁為一個虛擬的邏輯鏈路，以達到增 加帶寬，可靠性的目的。這種技術叫做端口聚合（鏈路捆綁）。比較常見的是將四個千兆以太 網鏈路捆綁為一個鏈路，這時的帶寬可達到單向4Gbps雙向8Gbps。

在端口聚合中的多條千兆以太網鍵路可以實現負載分擔，即使其中的一條鏈路的光纖出現 故障，邏輯鏈路仍會保持正常工作。端口聚會需要較多的光纖來構成，2個端口的端口聚合需 要4根光纖，3個端口的聚會需要6根光纖，4個端口的端口聚會需要8根光纖。 1.4.2千兆以太同1＋1備份 和很多ATM交換機里實現的ATM物理鏈路1+1備份相似，千兆以太網也可以實現1十1備份，即 在一個千兆路由交換機的接口模塊上，對應于一個千兆以太網鍵路，實際用兩個千兆以太網鏈 路來連接，一條千兆以太網鏈路作為主用鍵路，另一條則作為備用鍵路。當主用鏈路的光纖出 現故障時，千兆路由交換機可以在1ms的時間內把數據切換到備用鍵路的光纖上傳輸。 在這種1＋1備份方式下，需要用四根光纖來完成1GbPS的傳輸帶寬。每一個千兆以太網鏈路 需要1發1收兩根光纖。

1.4.3 用IP路由來保證城域網可靠性

假如是用千兆以太網來承載IP業務，那么就可以應用IP路由協議的收斂特性來保證城域網 可靠性。使用IP路由，網絡拓撲可以比較靈活，可以是星型、環型、網狀網，或是它們的混合。 這里順帶指出一點：假如沒有使用IP路由，由于生成樹協議（SPanning Tree）的作用，千兆以 太網即使在物理鍵路上構成了環型或網狀網，在交換機的實際的以太網數據交換也無法構成環 狀和網狀網。而在環型和網狀網的拓撲結構中，即使某條鏈路或某個網絡節點故障，由于迂回 路由的存在，整個網絡不會癱瘓。城域網中最典型的 IP路由協議是 OSPF，運行OSPF協議的路 由器利用Hello信息周期性傳遞路由器狀態，當發現鄰近節點故障后，路由器會重新計算路由， 自動找到可迂回的路由，保證網絡恢復正常工作。這一過程被稱之為路由的收斂。一般OSPF協 議的收斂時間大于10秒。與千兆以太網1＋1備份方式相比，OSPF協議從故障中恢復的時間要長 很多。

1.5 千兆以太網和莫他承載IP的城域網技術比較

目前形式下，廣電的寬帶城域網承載的都是基于IP的業務，承載IP的平臺主要有ATM、千兆以太網、POS、DPT這四種技術。本文不做ATM和千兆以太網承載IP的比較，將會有另一文章專門 論述這一課題。 POS最初是用于廣域網在SDH上承載IP的技術，也可以用于探光纖上在城域網使 用。DPT是 CISCO公司專有的城域網技術。