技術上的重要進展，以及價格、性能的大幅改進，使得萬兆以太網不僅被部署到數據中心，還開始被應用于園區網絡。隨著帶寬需求的增長，以及企業應用總數的增加(詳見本文所要介紹的示例)，萬兆以太網的部署范圍正在加速擴大。

簡介

自從IEEE 802.3ae標準于2002年中獲得批準以來，萬兆以太網端口的售貨量已經從每季度幾百個端口增加到了每季度幾萬個端口。萬兆以太網的部署量之所以會出現如此快速的增長，主要源自于下列因素：

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

新型光纖擴大了萬兆以太網的部署范圍――目前，新型光纖的出現讓萬兆以太網可以部署到從數據中心到配線間的任何環境之中，而且可以延用現有的光纖布線。

帶寬持續增長――首先，千兆以太網到桌面的部署量已經在2004年底之前達到了每季度數百萬個端口。如此廣泛的部署大大提高了網絡其他部分的超額使用率。萬兆以太網有助于將超額使用率降低到了網絡設計最佳實踐所要求的水平。其次，服務器適配器和PIC總線技術的發展使得服務器能夠生成超過7Gbps的流量，這提高了為服務器使用萬兆以太網連接的需求。最后，新型應用在企業園區、數據中心內部和數據中心之間，都催生了對于萬兆以太網性能的要求。以下章節將會詳細介紹這些應用。

以上因素預計將會繼續推動萬兆以太網市場的發展。根據Dell’Oro Group的預測，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與企業網絡相關的技術和應用。針對電信運營商的萬兆以太網技術和應用(例如WAN PHY和接入點[POP]內部互聯等)不屬于本文的討論范圍。

技術概述

MAC層屬性

因為萬兆以太網仍然屬于以太網，所以它可以充分利用經過多年發展的以太網技術，簡化向這種更高速技術的遷移過程。與此前的快速以太網和千兆以太網一樣，萬兆以太網采用了IEEE 802.3 以太網MAC協議、以太網幀格式和幀尺寸。它支持標準的以太網服務，例如802.3ad鏈路匯聚，最多可以將8個萬兆以太網鏈路匯聚到一個虛擬的 80Gbps連接上。因為萬兆以太網也是全雙工的點對點技術，它可以在不導致數據包沖突的情況下，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光纖，而不取決于以太網沖突域的范圍大小。

物理層屬性

通用接口的命名規范和工作范圍

在某種新型以太網技術面世時，人們首先提出的問題之一就是：“它能傳輸多遠的距離?”與以前的以太網技術一樣，萬兆以太網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接口，所以人們需要一種統一的命名規范來區分不同的光纖接口、光纖類型和傳輸距離(參見表1)。

萬兆以太網的物理層接口通常使用下列命名規范：

前綴 = “10GBASE-” = 10Gbps基帶通信

首個后綴 = 介質類型或者波長(如果介質類型是光纖的話)

第二個后綴 = PHY編碼類型

第三個后綴 = 寬波分復用(WWDM)波長或者XAUI通道個數

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(10GBASE-T)的標準。

表2匯總了可在企業環境中使用的萬兆以太網接口所支持的傳輸范圍和介質類型。

在現有的從園區分發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，要在現有的FDDI級別MMF上為配線間部署萬兆以太網，通常需要使用10GBASE-LX4光傳輸模塊。

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外型

萬兆以太網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別在于：1)某個指定外型所支持的萬兆以太網物理接口的寬度;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。

萬兆以太網相對于匯總多條千兆以太網鏈路的優勢

很多網絡管理人員都在考慮，是應當匯聚多條千兆以太網鏈路，還是部署一個萬兆以太網鏈路。與過去一樣，這兩種方式都各有利弊，需要根據實際情況選擇合適的方式。但是，與匯聚多條千兆以太網鏈路相比，萬兆以太網可以提供一些重要的優勢：

減少光纖使用量——一條萬兆以太網鏈路所使用的光纖束少于千兆以太網匯聚方式。后者需要為每條千兆以太網鏈路使用一個光纖束。萬兆以太網的這種優勢可以降低數據中心的布線復雜度。對于那些可能因為成本原因而無法鋪設更多光纖的園區環境，萬兆以太網能夠更加有效地使用現有的光纖布線。

為大型數據流提供更加有力的支持——由于終端設備的數據包排序要求，匯聚的千兆以太網鏈路所能支持的鏈路可能只限于1Gbps的數據流。相比之下，由于單個萬兆以太網鏈路具有更高的容量，所以萬兆以太網能夠更加有效地支持那些會產生多Gb數據流的應用。

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

萬兆以太網的企業應用場景

如前所述，萬兆以太網現在可以部署在從數據中心到配線間上行鏈路的已有光纖布線之上(如圖1所示)。隨著終端設備連接帶寬的增加，萬兆以太網部署還可以繼續拓展到網絡核心之外，從而提升網絡的可擴展性。例如，千兆以太網到桌面的部署量已經在2004年底之前達到了每季度數百萬個端口。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上行鏈路。

圖2顯示了一個典型的高密度園區配線間的發展歷程。在20世紀90年代后期，常見的做法是為桌面部署10/100以太網，再配以冗余千兆以太網上行鏈路。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。根據標準網絡設計最佳實踐的要求，配線間帶寬超額使用率應該介于 15:1到20:1之間，因此這種做法沒有超出規定的范圍。但是，隨著千兆以太網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增加到兩個或者四個千兆以太網通道，情況也沒有得到改觀。通過為當前的交換解決方案部署萬兆以太網上行鏈路，有助于將配線間的超額使用率恢復到網絡設計最佳實踐所要求的范圍之內，并可以根據未來的需要進一步擴展帶寬容量。

整個企業的萬兆以太網部署

通過萬兆以太網擴展配線間的上行鏈路

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桌面應用

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

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

不斷增長的桌面工作負載

來源：Intel 工作負載預測

IP視頻應用——很多企業都在部署高帶寬的IP視頻應用，以提高工作效率和降低運營成本。例如，在線學習讓員工能夠以較低的成本全天候地訪問重要的培訓信息，獲得及時的銷售培訓、關于如何提供某項服務的快速培訓以及課程、技能和法規培訓等，從而提高員工的工作效率。企業和管理層IP視頻通信有助于加強企業員工對于業務目標的共識，提升員工士氣。這也是在跨國企業內部促進交流的一種極為有效的方法。IP視頻監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有效的協作。所有這些IP視頻應用都能夠產生多個高達數Gb的IP視頻數據流，具體取決于企業希望獲得的視頻質量。這無疑會占用大量的網絡帶寬。

針對特定行業的應用——很多行業都有一些需要大量帶寬容量和高性能的定制應用。無論這些應用采用的是群集方式，還是基于客戶端-服務器模式，萬兆以太網都能夠迅速地提升網絡的性能。例如在醫療行業，數字成像應用(例如圖像存檔系統[PACS])通常被用于降低成本，減少獲取、分析醫療圖像(例如X光、MRI和CAT掃描)的延時，提高醫護人員的工作效率。在媒體和廣告行業，數字視頻應用可以幫助企業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，越來越多的大型CAD和CAM設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，對于更有價值的、實時的金融信息的持續需求進一步提升了企業對于網絡性能的需求。

這些應用示例和其他一些桌面應用的不斷發展，都推動了在企業網絡中使用萬兆以太網的強烈需求。

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存儲網絡

在客戶服務、消息傳遞、電子商務、在線多媒體和目錄內容等應用的推動下，企業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經理們找出經濟有效地訪問、管理和保護這些數據的方法。

要從以服務器為中心的直連式存儲轉向以網絡為中心的共享式存儲是實現這些目標的重要策略。通過在數據中心、城域網絡和企業內部共享網絡化存儲，可以帶來下列優勢：

在更大范圍內，以共享方式最大限度地使用存儲和信息資源

簡化存儲環境的管理

最大限度地降低存儲的總體擁有成本(TCO)

提高數據的可用性和完整性

利用萬兆以太網，IT經理現在可以將他們的網絡存儲環境提升到新的水平，并利用基于以太網的網絡支持要求最嚴格的存儲解決方案，例如：

通過數據中心備份和災難恢復提高業務永續性——為了滿足嚴格的業務要求，企業一直面臨著如何開發出經濟高效、安全、可擴展的業務連續性和災難恢復策略的挑戰。企業之所以要采用城域存儲網絡，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，以拓展已經達到容量極限的數據中心，或者集中位于多個園區或者地點的數據中心資源。萬兆以太網的遠程傳輸能力讓企業可以在相距 80公里的兩地之間提供高速的網絡連接。通過使用光學放大器和散射補償器，傳輸距離還能進一步延長。因此，企業能夠支持在此范圍內的多個園區，實現存儲到服務器和存儲到存儲的數據傳輸。利用萬兆以太網和智能交換所提供的高帶寬、低延時和安全性，企業可以更加輕松地、在企業存儲系統的某些距離遙遠的組件之間，實現無縫的數據傳輸。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的萬兆以太網基礎設施，包括網絡附加存儲(NAS)、互聯網小型計算機系統接口(iSCSI)、基于IP的光纖通道(FCIP)和網絡數據管理協議(NDMP)。

用于備份和數據恢復的萬兆以太網

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(例如光纖通道或者IBM的企業系統連接[ESCON]協議)的部署，密集波分復用(DWDM)能夠在城域網(MAN)中，提供高容量、獨立于協議的存儲訪問和傳輸功能。這種基于光纖的城域網的關鍵性存儲應用包括：備份、遠程鏡像、災難恢復、群集和存儲外包。同步鏡像需要極低的延時和很高的帶寬，而萬兆以太網可以提供這些要素的理想組合，滿足這種關鍵任務型的業務需求。

用于高性能數據共享和存儲整合的網絡附加存儲(NAS)——NAS已經成為基于IP的存儲整合和文件共享的主流部署方式。NAS在很多環境中得到了廣泛的應用，包括協作式工作組開發、工程設計、電子郵件、Web服務和一般性文件服務。由于NAS操作系統的可定制性，NAS文件服務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通道。因此，企業迫切需要為NAS存檔整合采用萬兆以太網，如圖5所示。另外，越來越多的企業需要為NAS文件服務器建立直接的萬兆以太網連接，以支持那些單個數據流超過 1Gbps的高性能應用。相比之下，802.3ad鏈路匯聚無法支持這樣的應用。

除了提供對共享文件的高性能訪問以外，萬兆以太網基礎設施還能利用多種協議，例如網絡數據管理協議(NDMP)，實現服務器之間的復制和備份到磁盤等功能。

用于NAS數據共享和整合的萬兆以太網

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，以及存儲子系統容量的日益增長(達到數百TB級別)，企業迫切需要整合一些過去不被視為存儲網絡組成部分的系統。要做到這一點，企業面臨的挑戰主要圍繞著將存域網(SAN)拓展到數量有限的高性能節點以外所需要的成本和可擴展性。實踐證明，利用經濟高效的iSCSI協議，在IP網絡的基礎上實現整個企業對存儲的訪問，是將存儲扇出到成百上千臺過去不屬于存儲網絡的服務器的有效途徑。在圖6中，園區中支持iSCSI的服務器可以通過萬兆以太網基礎設施和 Cisco MDS 9500訪問數據中心的光纖通道SAN。Cisco MDS 9500在這里可以充當一個指向光纖通道存儲的iSCSI網關。萬兆以太網提供了必要的網絡可擴展性，以幫助越來越多的分散式設備訪問整個企業中的共享存儲。

用于提高存儲整合扇出能力的萬兆以太網

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群集和網格計算

群集和網格計算旨在滿足那些需要進行大量CPU計算、任務處理和I/O傳輸的應用的要求。這些應用需要多臺服務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器提供了一種經濟高效的方法，可以讓多個計算節點作為一個龐大的、虛擬的計算節點協同工作。群集應用可能對計算節點之間的互聯性能極為敏感，因而對于連接這些節點的網絡基礎設施提出了很高的要求。因此，通過借助萬兆以太網的低延時特性最大限度地提高網絡性能，群集應用可以獲得有力的支持。為了最大限度地減少服務器延時和CPU負荷，企業開始采用一些新穎的服務器端技術，例如系統級I/O加速，TCP/IP卸載引擎(TOE)，以及遠程直接內存訪問(RDMA)。這些在網絡和服務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和IP技術在互操作性、管理和投資保護方面提供的優勢。

雖然群集計算部署主要供科研機構使用，但是越來越多的商業機構也開始采用這項技術。數據庫和應用服務器供應商已經在其產品中加入了對群集計算的支持。群集計算還被廣泛地應用到了其他一些高性能計算(HPC)應用之中，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顯示了萬兆以太網在一個HPC群集內部，以及兩個分布式HPC群集之間，在DWDM的基礎上提供高性能的網絡連接。

用于群集和網格計算的萬兆以太網

總結

由于價格、性能目標的實現，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用不斷提高對帶寬的要求，萬兆以太網的部署量正在迅速增長。但是，萬兆以太網僅僅是一個范圍更廣泛的交換解決方案的網絡接口。成功的萬兆以太網部署還會結合一些領先的智能交換服務，例如集成化安全、高可用性、交付優化和增強的可管理性等，從而為新型應用提供必要的支持。另外，為了最大限度地降低成本，企業在轉向萬兆以太網的過程中，應當充分地利用對模塊、機箱和其他組件的已有交換投資。