透析數據中心網絡基礎技術----以太網
以太網是數據中心網絡的基礎技術,是數據中心不可缺少的主要技術之一。以太網技術是作為局域網技術發展起來的,由于具有高速的靈活性以及實現的簡單性等特點,以太網技術發展非常迅速,以最初的10Mb/S以太網技術已經發展到100Gb/S以太網,現在它已是最主要的局域網技術,并發展成為城域網、廣域網技術之一,在各類的數據中心中有著廣泛應用。
1973年,Xerox(施樂)公司提出并實現了最初的以太網。1979年,Xerox與DEC公司(Digital Equipment Corporation)聯合起來,致力于以太網技術的標準化和商品化。后來,Intel公司也加入了這個聯盟。1980年它們共同開發并發布了最早的以太網標準。其實以太網標準的發展進程就是以太網技術本身發展的歷程。在以太網標準發展的過程中,IEEE802工作委員會是以太網標準的主要制定者。IEEE802標準體系定義了許多重要的網絡標準,IEEE802.1定義了高層局域網協議和通用網絡概念。IEEE802.2標準定義了邏輯鏈路控制協議,IEEE802.3標準是以太網最核心的內容,也是一個不斷發展的協議體系,IEEE802.3定義了標準以太網、快速以太網、千兆以太網、萬兆以太網、新型以太網五大標準。這些標準最明顯的區別就是速率不同。
IEEE802.3標準為采用不同傳輸介質的標準以太網制訂了對應標準,主要包括采用細纜的10Base-2、采用粗纜10Base-5和采用雙絞線10Base-T。IEEE802.3u標準則為采用不同傳輸介質的快速以太網制定了相應的規范,主要包括采用雙絞線介質的100Base-Tx和100Base-T4,采用多模光纖介質的100Base-Fx以及10/100M速率自協商功能。IEEE802.3z和IEEE802.3ab標準定義了采用光纖作為傳輸介質的1000Base-SX/LX以及采用雙絞線介質的1000Base-T規范,而IEEE802.3ae標準定義了基于光纖的萬兆以太網規范。IEEE802.3ba標準是下一代40Gb/s與100Gb/s新型以太網的標準。表1中羅列了IEEE802.3至今發布的五類以太網標準:
表1:IEEE802.3以太網標準
(1)標準以太網
1980年以太網標準IEEE802.3正式發布。在1983年IEEE802.3I正式出爐,它要求只通過雙絞線網絡介質,使用以太網類型的信令。標準設定信令速度為10 mb/s。主要包括10Base-5、10Base-2、10Base-T、1Base-5、10Broad-36,10Base-F幾種類型。
(2)快速以太網
1995年3月IEEE頒布了IEEE802.3u標準,開始了快速以太網時代,快速以太網為了和10M以太網兼容,適應不同傳輸介質的要求等,快速以太網采取了一些獨特的關鍵技術,如介質無關接口(MII),自動協商模式以及快速以太網中繼器等。
表2:快速以太網的主要參數列表
(3)千兆以太網
1998年6月,IEEE802.3z標準通過,提供了基于光纖和屏蔽雙絞線的千兆以太網解決方案,1999年6月,獲得批準而通過的IEEE802.3ab標準使得非屏蔽雙絞線可以用于千兆以太網中。千兆以太網具有支持傳統的CSMA/CD介質訪問控制協議,可用于多種傳輸介質,如雙絞線、多模和單模光纖燈,支持全雙工和半雙工,流量控制機制。
表3:千兆以太網的主要參數列表
(4)萬兆以太網
2002年6月IEEE802.3ae正式通過并生效執行,萬兆以太網特點:只采用光纖傳輸,全雙工模式,不再使用半雙工和CSMA/CD介質訪問控制技術,采用了局域網和廣域網兩種物理模型,將以太網技術引入到了廣域網中。
表4:萬兆局域以太網的主要參數列表
表5:萬兆廣域以太網的主要參數列表
(5)新型以太網
2006年7月,IEEE成立了高速網絡研究組(HSSG),意在研究3~6年中對提升以太網速度的需求。新的以太網標準將會同時包含40G和100G兩種速率接口。IEEE802.3ba任務組于2007年12月建立,這一任務組定期開始討論技術提案。2010年6月,IEEE宣布IEEE 802.3ba標準,即40/100G以太網標準于6月17日正式發布。
IEEE 802.3ba標準解決了數據中心、運營商網絡和其他流量密集高性能計算環境中數量越來越多的應用的寬帶需求。新的標準制定了物理層協議標準:40G以太網標準在100m的多模光纖、10m的銅纜、1m的交換背板上實現;100G標準在10km和40km的單模光纖、100m的多模光纖,10m的銅纜上實現。支持100m~100km的傳輸距離。
(6)以太網的未來
2013年4月IEEE宣布組建新的802.3 Standard for Ethernet工作組,探討制定400Gbps帶寬的新一代以太網傳輸標準。802.3 400Gbps標準工作組計劃在今年5月舉行第一次討論會議。如果按照目前的發展趨勢,2015年就需要1Tbps的網絡帶寬,2020年則需要10Tbps。沒有人知道未來以太網的網絡帶寬要發展到多高。
從1973年以太網誕生到今年剛好是40年,在這短短的40年中,以太網速率由10M增長到了100G,足足增長了1萬倍。隨著云計算、數據中心的強勁需求增長,以太網速率也將向著更高的速率發展,雖然目前看通過光纖以100G的速度傳輸已經夠難的了,但400G的研究組已經建立,相信不久的將來必將攻克技術上的難關,根據市場需要退出400G的標準,400G既然都已經要來了,那么1000G甚至更高的網絡帶寬還會遠嗎?