园区千兆主干网络技术分析

2022-07-07 来源：汇智旅游网

第25卷　第3期2001年9月

武汉理工大学学报(交通科学与工程版)

JournalofWuhanUniversityofTechnology

(TransportationScience&Engineering)

Vol.25　No.3September2001

园区千兆主干网络技术分析

①

陈家华

(中南财经政法大学网络中心　武汉　430064)

摘要:千兆以太网以简单和低成本成为接入信息高速公路的方法之一,文中通过与传统以太网的比较,论述了规划和设计千兆网的有关技术.关键词:OSI模型;载波扩展;虚拟网;千兆以太网中图法分类号:TP393103

　　70年代当Abramson和metcalfe在阿图研究中心第一次使用CSMA󰃗CD协议互连超过100台计算机时宣告以太网时代的到来,从此人们花了近20年的时间将以太网的速度从1M提高到了10M.几年之内(1995年)ISOENET100VG2AnyLAN等相继出现,随之而来的应用需求和因制新的收发器,以滤除复杂的噪声,于是80213z任务组把大量的精力投入到光纤上,并已经定义出:短波长激光器1000BaseSX和长波长激光器1000BaseLX,如图1所示.这已经是80213z规范的一部分;为了在大量已经存在的5类铜线上运行千兆以太网专门成立了80213ab任务组(实际上在1998年6月就批准了短距离铜缆标准1000BaseCX)以研究在4对5类铜线上运行千兆网所必须的技术准备,不同的物理编码、更复杂的均衡器、采用回波抵消、近端串扰抵消等器件,以便在原有的100M5类铜线上实现千兆以太网.

不同介质以太网物理布线极限如表1所列.

表1　不同介质以太网物理布线极限分类数据速率󰃗Mb・s-1

CAT5UTP󰃗mCAT5STP󰃗m

特网的发展导致人们不遗余力追求高速网络,由

此导致开发出千兆以太网,这导致基于载波监听多路访问󰃗冲突检测的以太网技术在局域󰃗园区网骨干中的大量应用[1～3].

1　从100M到1G的飞跃

网络速度从10M提升到100M经历的漫长过程使以太网无论在物理结构还是帧结构上都有较大的变化,当网速从100M提升到1G时必须制定更严格的物理标准,使用更先进的编码方式,采用更先进的控制模型,否则网速的提升反而会成为网络的灾难.111　物理介质

90年代以来大量的结构化布线系统采用5

以太网

1001005002km25

快速以太网

100100100412km(hd)2km(fd)

千兆以太网

100010025220～550m

多模光缆

单模光缆󰃗km

112　编码和载波扩展

千兆以太网所使用的编码借鉴了光纤通道协议中的8B󰃗10B编码,因为千兆以太网最初就是准备在光纤上实现的,即编󰃗解码器从MAC中获得的8比特数据组被扩展成为10比特编码,附加的特殊比特可用于标识帧的起始或其他功能,保证了传输的准确性,并可实现直流平衡以消除任

类系统以支持100M快速以太网,但1000M以太网工作组(80213z任务组)寻求铜缆系统支持时5类铜缆布线系统难以满足要求(千兆以太网采用光纤信道8B󰃗10B信令),开始专家组不得不优先考虑光缆系统,因为铜缆系统应用必须研

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收稿日期:20010627

　　　　陈家华:男,38岁,工程师,主要研究领域为计算机网络

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何形式的基线漂动.其简单的编码原理是最大的应用优势.

图1　千兆位以太网传输介质

　　在以太网中用以冲突检测的最短帧的是64字节,当1000Mbit󰃗s以太网中还是用这样的短帧时网络最大半径只有25m,这是不实用的,由SunMicrosystems提出的载波扩展解决了这一80121p(多级消减)定义了一种目的地址类问题,它将64字节帧扩展为512字节而保留了CSMA󰃗CD算法不便,将网络半径扩展为100m,

虽然它存在网络利用率低的问题,但是它确实是最简单的方法;后来发展起来的“分组突发”技术采用仅在第一个帧的突发中采用载波扩展,实际上是载波扩展的扩展,它让用户承担了由载波扩展引起的性能损失[4].113　流量控制和全双工能力

以太网的服务质量保证一直是以太网的弱点,特别是在网络负载大的时候.

IEEE80213x定义了以太网上实现全双工能

型:多级地址.它借鉴了GARP网络中的路由分

支树形结构,当网络中的设备发送信息并加入某一个多级传输中,它立刻通知高一级设备寻找这样的帧,以便把它们送到所有需要的用户,当预定用户接收到的这个帧时发出一个专门的询问以确定是否所有用户都已经离开分支,不希望参加的用户在帧停时这一分支将被消减,从而控制网络中的流量.

多级消减实际上时避免了因增加不需要的区域的帧而浪费了宝贵的网络带宽.212　优先级判定和虚拟LAN

80212q(虚拟本地网)和80213x(流量控制)为千兆以太网实现较好的QoS提供了保证.虚拟本地网(VLAN)构成如图2(这一概念现在被有效地引用到快速以太网中),添加、移动和改变终端的物理位置都可以通过重新划分VLAN来解决,它正是利用了多级地址只发送给专门的子网或VLAN从而隔绝广播风暴,增加了带宽利用.

除了指明某一个用户的VLAN身份外80212q还规定了不同的优先级,它和80213x的结合实现了全双工模式下的流量控制.

力,并定义了流量控制的方法,在各个供应商的开发中采用端口缓冲器是廉价的方法之一,通过网络设备采用判决的方法来决定先发送哪一个分组,并通知发送端口是否停止发送,在优先级判决中总是最重要的分组先发.这样的流量控制实际上是暂停分组传输的方法.

2　IEEE802协议簇

千兆以太网的规范提出了运行于铜缆和光缆的概念,IEEE协会提出80211p,802.2q,802.3x

等相关标准以解决技术上存在的困难和设备的兼容性,它们合起来将千兆以太网推向高端应用.讨论千兆以太网不能不讨论以下3个标准[4].211　多级消减

3　千兆以太网中的路由技术

千兆以太网的巨大吞吐量为网络管理者解决

了带宽问题,但它始终是第2层的技术,只有采用第3层的智能路由技术才能很好地控制业务量,不同的路由选择技术对网络性能的提高是令人激动的.

　第3期

陈家华:园区千兆主干网络技术分析・365・

图2　虚拟本地网中的终端用户不必在物理上邻近才能组网

311　多层交换和路由技术.ATM骨干融合

表2　ISO层次带宽性能的比较

ISO分层

交换和路由在传统意义上是截然不同的,交

换更像是桥接,虽然速度非常快,但智能化程度非常低,速度低而且复杂的路由技术却具有连接LAN和WAN的超常智能,这两项技术的结合就是常提到的多层交换或第3层交换,这一技术能提供:协调网络范围内的连接能力、提供流量信息,能根据网络󰃗链路信息提供数据传输处理分组业务量的变化,提供如同播󰃗安全性󰃗调度管理󰃗多媒体等增值服务.

前面提到过有不同的路由选择算法产生的第3层交换如:“分组排队技术”更像传统的路由器;

目　的增加净带宽要　　求

接入桌面系统的高密度10󰃗100M以太网崩溃骨干网的高密度千兆以太网在崩溃骨干网中高性能的IP和IPX路由技术在园区网中桥接保留的协议在骨干千兆以太网上针对TCP和UDP协议的线速第4层交换技术

第1层󰃗第2层第3层带宽可变

第4层控制带宽

“取齐技术”则检查一个传送的前几个分组,一旦确定了目的地就采用第2层技术(取齐)把余下的数据传送出去,它几乎集中了第2层和第3层的所有优点.其他还有:“SFVN”将第三层交换直接嵌入交换机以及“IP交换”、基于分组的IP

.其中IP交换(IPAutolearn)是跨Autolearn等

越局域网和广域网的一簇技术.

312　迈向第4层交换

从接入桌面高速以太网到无瓶颈等的服务器的传输也就是人们常提到的第4层交换,目前第4层交换技术在广播业务、出版行业、分布式系统

　　无论在原有的网络上升级还是新建一个网络

都是一项系统工程,成功的实施计划将还有很多事要做:

1)了解“需要解决的问题”最重要,先了解用户需求,制定性能需求列表,然后根据性能需求选择符合我们需求的产品.

了解用户需求是网络设计及实施最重要的一环,只有真正了解了用户的需求才能选择正确的方案,从而选择正确的产品,这是方案实施能够成功的基础.

用户的主要需求是什么?主要是E2mail?还是多媒体信息?是否有大量的WAN需求?确定用户是财务部门(他们一般在月底、年底最忙)还是业务部门是必要的,因为必须了解用户的流量󰃗工作负载,没有什么比了解和测定用户的工作负载更有意义了,从网络的响应时间到流量分类,从建立模型(一般采用ANSIX31102流量拓扑结构)到确定测量峰值时间确定都是必不可少的,知道用户的流量需求才能为我们选择正确的方案提供依据;确定网络骨干(核心)和端接的边界,500m和25km永远是划不上等号的,让用户了解距离对时延的致命影响也许会更加理解为什么选择那一个方案,最重要的是我们必须依据它来确定

中已得到应用,通过DonalByrne文章的表格会更加明白[5],如表2所示.

4　千兆以太网的应用

千兆以太网与传统的以太网相比,有其异同点.新技术与旧技术非常相似,这看来比较容易,但是新技术有应遵循的规则.必须分析物理布线系统,研究所要采用的服务器群,规划网络交换骨干,确认桌面系统,考虑是否和原有的FDDI或

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用户是否确实需要千兆网,是否原有网络配置不当造成了网络性能降低,用户需求被夸大,也许只需要在服务器链路扩展千兆系统[5].

确定用户需求,定义并测定用户工作负载󰃗流量也就确定了系统需要的“能力”.

2)确定(或者说设计)需求的实现方式,标识应用程序用户和服务器定义它们的拓扑结构,确定寻址、交换、路由方式,确定通信软件用来解决什么问题.

有些实施的网络系统(特别是中、小型局域网),在确定方案以前没有严格标识应用程序用户和服务器并定义它们的拓扑结构,也没有确定寻址、交换、路由方式就开始方案详细设计并选择了设备,最后网络结构和寻址混乱不堪,网络的生命周期缩短,网络的生命周期内运行󰃗维护费用增加,最后还找不到错误的答案.

确定满足需求的实现方式永远比急着去选择重要,因为选择思科或3COM不是重要的,确定了拓扑结构、寻址方式、交换方式、路由方式和通信管理软件后,你只需要查一查各个制造商的产品目录就行了.就设备选择来说一般非VLAN的LAN交换机只要配置了80211q生成树算法互操作性的都很好,而VLANLAN交换机却最好选择同一个供应商的产品;路由器在你的流量和路

由方式确定时几乎就确定了,这时应该考虑的费用问题[4].

3)费用是有限的　和用户讨论费用和系统的性能价格比也是不能忽略的,用户的经济负担能力是方案实施的重要的支持.按照费用来选择设备和WAN接入是采用T1线路还是ATN或者同步SDH是方案定型前的最后一步[6].

参考文献

1　HowardC.Berkowitzdesigningroutingandswitch

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2　LiLaguan,LiChunlin.Aroutingprotocolfordynamic

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3　李腊元,李春林.计算机网络技术,北京:国防工业出

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4　StephenSaunders.DateCommunicationsGigabit

～69,325EthernetHandbook.McGraw2hill,1998.13～345

5　HaugdahlJ.Networkanalysisandtroubleshooting.

～279Addison2wesley,2000.268

6　ChiongA.InternetworkingATMfortheInternetand

～269enterprisenetworksMcGraw2hill,1998.215

TheAnalysisofCampusBackboneNetworking

ChenJiahua

(TheNetworkCenterofZhongnanUniversityofEconomicandLaw,Wuhan430064)

Abstract

TheGibabitEthernetisoneofsomefeasiblenetworksforconnectingthecompusnetworktoInformationHighwaybecauseithassimplenessandlowcost.ThispaperintroducesthemaintechnologiesforplanninganddesigningcompusnetworksusingsuchGibabitEthernet.Keywords:OSIModel;CarrierExpand;VLAN;GigabitEthernet

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