2.1.2 10 Gbit/s 以太网技术
10 Gigabit Ethernet（万兆位以太网）技术已经成熟，并且被广泛应用于新搭建的高性能局域网络，或者被用于原有网络的升级和改造。不过，由于 10 Gbps 设备的价格仍然较为昂贵，因此目前大多被应用于网络主干链路。
1. 万兆以太网技术特点
万兆位以太网相对于千兆位以太网拥有许多的优势和特点。
结构简单
万兆位以太网结构简单、管理方便。万兆位以太网是一种只采用全双工的技术，其物理层（ PHY， Physical Layer）和 OSI（ Open System Interconnect，开放式系统互连）参考模型的第 1 层（物理层）一致，负责建立传输介质（光纤或铜线）和 MAC（ Media Access Control，介质访问控制）层的连接。 MAC 层相当于 OSI 参考模型的第二层（数据链路层）。在网络的结构模型中，把 PHY 进一步划分为物理介质关联层（ PMD， Physical Media Dependent）和物理代码子层（ PCS， Physical Coding Sublayer）。光学转换器属于 PMD 层。 PCS 层由信息的编码方式（如 64B/66B）、串行或多路复用等功能组成。由于没有采用访问优先控制技术，简化了访问控制的算法，从而简化了网络的管理，并降低了部署的成本，因而得到了广泛的应用。
技术兼容
万兆位以太网技术基本承袭了快速以太网和千兆位以太网技术，因此在用户普及率、使用方便性、网络互操作性及简易性上皆占有极大的引进优势。在升级到万兆位以太网解决方案时，用户不必担心既有的程序或服务是否会受到影响，升级的风险非常低，同时还拥有在未来升级到 100 Gbps 的潜力。
以太网的可平滑升级保护了用户的投资。以太网的改进始终保持向前兼容，使得用户能够实现无缝的升级，既不需要额外的投资升级上层应用系统，也不影响原来的业务部署和应用。
宽带更高
万兆位标准意味着以太网将具有更高的带宽（10 Gbps）和更远的传输距离（最长传输距离可达 40 km）。过去有时需采用数个千兆位捆绑以满足交换机互连所需的高带宽，因而浪费了更多的光纤资源，现在可以采用万兆位互连，甚至 4 个万兆位捆绑互连，达到 40 Gbps 的带宽水平。
随着网络应用的深入， WAN/MAN 与 LAN 融合已经成为大势所趋，各自的应用领域也将获得新的突破，而万兆位以太网技术让业界找到了一条能够同时提高以太网的速度、可操作距离和连通性的途径，万兆位以太网技术的应用必将为三网融合提供新的动力。
易于管理
万兆位以太网技术提供了更多和更新的功能，能够更好地满足网络安全、服务质量、链路保护等多个方面需求。网络管理者既可以用实时方式，也可以用历史累积方式轻松查看第二层到第四层的网络流量。“永远在线”监视能够及时进行入侵监测，发现网络性能瓶颈，获取计费信息或呼叫数据记录，从而使得网络管理更加简单、准确和有效。
2. 万兆位以太网应用领域
万兆位以太网应用领域主要包括以下几方面。
交换机之间互连
过去，必须采用多个千兆位捆绑，以满足交换机互连所需的高带宽。现在，可以采用万兆位实现核心层交换机与汇聚层交换机的互连，甚至是汇聚层交换机与接入交换机之间的互连（如图 2-2 所示）。同时，根据现实的需要，还可以将 4 个 10 Gbps 链路捆绑在一起，从而达到40 Gbps 的网络带宽。
数据中心或服务器群组带宽汇聚
视频服务器、应用服务器、邮件服务器、文件服务器、数据库服务器等网络服务器所需要的数据带宽是非常可观的，因此，将服务器与主干网络的连接带宽升级到万兆位，将大幅提高网络服务器的服务质量。
城域网带宽汇聚与骨干更新
在城域网的建设中，接入层会有越来越多的万兆位或千兆位以太网连到城域网的汇聚层，而汇聚层也会有越来越多的千兆位以太网连到城域网的骨干层，从而使得万兆位或万兆位捆绑技术在城域网中的汇聚层及骨干层中成为必要。
宽带广域网
由于以太网的价格优势，而万兆位以太网又支持与 SONET（ Synchronous Optical Network，同步光纤网络） /SDH（ Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）基础架构的无缝连接能力，这使得万兆位以太网方案将在广域网市场中取得一定的发展。就目前的成本和需求来看，100 Gbit/s 以太网的商用在城域网先行是比较可行的方案。在城域网中，大量的数据需要随时的上下路，一个无需各种补偿器件的传输系统将会大大简化网络设计， 100 Gbit/s 以太网刚好可以满足这一需求, 同时高带宽满足了城域网每年 40%的流量增长。总之， 100 Gbit/s 以太网的发展需求已经很明显，成本优势也会不断加强，但是 100 Gbit/s 以太网传输从调制方式到运营管理维护都需要不断的技术完善，真正大规模的商用还需时日。
存储网络
万兆位以太网不仅可以满足存储设备的高速互连，也可以实现存储设备的备份及灾难恢复。由于存储网络对网络带宽的需求较高，因此，万兆位以太网在存储网络的应用上得到了充分的发挥（如图 2-3 所示）。
高性能计算应用
研究机构可以将很多独立的高速 CPU 连接到一起，利用万兆位以太网或者万兆位以太网通道连接传输大量的处理器间通信，这对于确保一个大规模的分布式超级计算机集群的最佳性能至关重要。从国内市场来看，教育科研网络、电信运营商及存储网络已经广泛采用了万兆位以太网技术。
2.1.3 40/100 Gbit/s 以太网技术
40 Gigabit Ethernet（ 4 万兆位以太网）技术已经被应用于高性能核心交换机和数据中心交换机，而 100 Gigabit Ethernet（十万兆位以太网）技术也已经在云计算、虚拟化等高端交换机中崭露头角。
1. 40/100 Gbit/s 以太网技术特点
下一代以太网技术标准包含了 40 Gbit/s 和 100 Gbit/s 两种速度，主要针对服务器和网络方面不同的需求。 40 Gbit/s 主要针对计算应用，而 100 Gbit/s 则主要针对核心和汇接应用。提供两种速度， IEEE 意在保证以太网能够更高效更经济地满足不同应用的需要，进一步推动基于以太网技术的网络会聚。标准规定了物理编码子层（ PCS）、物理介质接入（ PMA）子层、物理介质相关（ PMD）子层、转发错误纠正（ FEC）各模块及连接接口总线， MAC、 PHY 间的片间总线使用 XLAUI （ 40 Gbit/s）、 CAUI （ 100 Gbit/s），片内总线用 XLGMII （ 40 Gbit/s）、 CGMII （ 100 Gbit/s）。
保留以太网帧格式
40/100 Gbit/s 以太网仅支持全双工操作，保留了 802.3MAC 的以太网帧格式；定义了多种物理介质接口规范，其中有 1 m 背板连接（ 100GE 接口无背板连接定义）、 7 m 铜缆线、 100 m并行多模光纤和 10 km 单模光纤（基于 WDM 技术）， 100 Gbit/s 接口最大定义了 40 km 传输距离。标准定义了 PCS 的多通道分发（ MLD）协议架构，标准还定义了用于片间连接的电接口规范， 40 Gbit/s 和 100 Gbit/s 分别使用 4 个和 10 个 10.312 5 Gbit/s 通道，采用轮询机制进行数据分配获得 40G 和 100G 的速率，另通过虚拟通道的定义解决了适配不同物理通道或光波长问题；明确了物理层编码采用 64B/66B。
可利用现有布线系统
新一代以太网标准在制订时，已经充分考虑了电接口相关标准和技术的成熟情况，采用了 10.312 5 Gbit/s 的片间互联传输通道，多模的并行光纤接口可以支持在 OM3 光纤满足 100 m甚至更远的距离；单模的 40GB ASE-LR4 使用粗波分复用（ CWDM）经济可行， 100GB ASE-LR4 使用 DWDM，每波长传 25.781 25 Gbit/s，使用 1 295～1 310 nm 波长，完全可以使用原有光纤，综合技术和成本，标准选用的技术都是实用可行的，有助于促进 100G 接口在局部和城域网范围内商用。
可实现网络平滑升级
对于全网范围的使用，串行 100GE 传输标准和技术成熟前，可采用反向复用技术。将 10×10GE 或者 4× 25GE 接口的 100GE 业务经 ODU2/ODU3 适配到 OTU2/OTU3，在 10G/40G 光网络中通过多个波长进行传输。可以不需对现存的 10G/40G DWDM 光网络进行重新设计与改动，传输码型仍然为光双二进制编码（ ODB） /差分归零码（ DRZ） /电归零码－差分正交相移键控（eRZ-DQPSK）。这种模式可以采用 10G/40G 现有的成熟光电器件，并且整个系统的性能指标和10G/40G 系统一致。这一方案可实现网络平滑升级，满足运营商的成本期望，并且器件相对成熟。
2. 40/100 Gbit/s 以太网应用领域
随着 IT 行业的高速发展，云计算、虚拟化、高清视频、电子商务、社交网络以及飞速发展高速无线网络等各种新兴业务的不断涌现，都给基础网络带来了巨大的机会和挑战。对于汇聚层的应用，下行端口正在切换到 10 Gbit/s，上行只能采用 10 Gbit/s 端口的链路聚合，如果使用 100 Gbit/s 以太网接口则可以在数据流的管理、分配及效率上得到改善；对于数据中心，随着 10 Gbit/s 接口增加也同样存在上行及内部互联高速接口的需求；对于骨干网的高效传输，也期待着 100 Gbit/s 高速接口和传输的成熟。
网络骨干带宽提升
从网络的架构来看，网络的扁平化和融合也都大大促进了 40 Gbit/s、 100 Gbit/s 高速接口的发展。网络的扁平化对核心交换机提出了更高端口密度和更高速率上行接口的要求，如每槽位需要 32 个 10 GE 接口。在如此高密度、大容量的接入带宽下面，上行接口的带宽就有了更高的需求。比较常见的部署就是用多个 10 Gbit/s 端口进行聚合和捆绑，来实现更高性能的上行接口。可见， 40 Gbit/s、 100 Gbit/s 的接口需求不仅是现实的，而且是迫切的。
城域网业务汇聚
随着网络应用的不断丰富，如文件下载与系统更新、电子银行与在线购物、高清影视直播与视频会议等，使得用户的带宽需求从 1 Mbps 迅速上升到 10 Mbps、 100 Mbps， 甚至 1000 Mbps。随着以视频业务为代表的宽带业务的快速发展，接入层带宽的增加必然导致城域网汇聚层和核心层的宽带需求增加。有数据表明， 10 Gbps 端口的增长速度已远远高于低速端口的增长速度，在接入和客户端设备上 10 Gbps 端口的应用正越来越多，在此趋势下，汇聚层节点数量以及带宽的快速攀升，而这势必会引发网络汇聚层和骨干层对 40 Gbps、 100 Gbps 端口需求的迅速增长，从而促使运营商在城域网核心层部署 100 Gbit/s，以适应大带宽业务流量汇聚以及与长途传输设备接口之需。
数据中心网络
随着数据中心网络建设的融和趋势，局域网、存储网络和高性能计算网络融正逐步统一到以太网接口上，这也大大增加了服务器对 10 Gbit/s、 40 Gbit/s 以太网接口的需求。一旦 10 Gbit/s、 40 Gbit/s 接口成为服务器的普及端口，数据中心内部 40 Gbit/s、 100 Gbit/s 的互联交换机接口就变得十分必要和紧迫。不仅如此，超大型的数据中心往往有很大的地域跨度，这些数据中心的互联以及同 Internet 的接入都需要更高速率的链路。
在数据中心将众多服务器集中在一起的服务模式下， 100 Gbit/s 技术的采用，不仅可以满足数据中心互联的海量带宽需求，而且可以有效减少接口，降低机房占地面积以及设备功耗，帮助运营商以及互联网企业部署高密度、万兆互联的新一代数据中心。
云计算
带宽压力是云数据中心网络的核心问题。在数据中心，像视频点播、 10 Gbit/s 的 FCOE、以及高性能计算这样的高带宽应用，都需要万兆以太网接口。随着服务器和接入设备上万兆以太网的普及，数据中心的网络汇聚层和核心层设备对 100 Gbit/s 以太网的需求越来越强烈。100 Gbit/s 网络不仅仅意味着端口、带宽速度的升级，不只是在数据传输速率上比 10 Gbit/s 快了 10 倍，更重要的是由此带来的功能上的极大增强和丰富。作为新一代的云数据中心，必将在其汇聚层或核心层采用 100 Gbit/s 以太网以满足应用需求，云数据中心将进入 100 Gbit/s 时代。
远程网络互联
在网络 IP 化趋势下，骨干网的数据流量主要由核心路由器产生。现在网络中核心路由器主要采用 10 GE 接口与 WDM 设备互联以实现长距离传输。随着 100 Gbit/s 技术的成熟，核心路由器可以直接采用 100 Gbit/s 接口与传输设备相连，不仅可以实现大容量和高带宽，还可以进一步减少用户侧接口数量，以满足数据业务发展的需要。目前，由于 100 Gbit/s 接口已经被公认为是下一代核心路由器的标准配置，国内外的各大设备厂商竞相推出了 100 Gbit/s 的产品和设备。
相对而言， 40 Gbit/s 端口的相关技术和产业链相对成熟，在芯片成本、光模块成本和端口部署等方面都有着非常现实的意义，可以很快实现规模性的应用，而 100 Gbit/s 虽然在诸多方面都存在技术和成本问题，但是，却代表着高速以太网未来发展的方向。就目前市场定位来看，两者各有所侧重， 40 Gbit/s 以太网主要面向数据中心的应用，而 100 Gbit/s 以太网则更侧重在网络汇聚和骨干。
总之，为了更好地应对业务流量和网络带宽增长的压力，具备大容量、长距离传输特征的 100 Gbit/s 技术正在被越来越多地部署到干线网络、大型本地网以及城域网的核心层，用于城域网业务流量汇聚、大型数据中心之间的数据交互、核心路由器之间的接口互联以及大容量长距离传输等多种场景，为网络的新一轮提速奠定基础。
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