光以太网的发展和应用

2022-11-26

光以太网是伴随着以太网技术的不断进步而出现得, 光以太网结合了光纤传输和以太网组网模式的最佳性能。其应用的广泛性和发展性, 将会给许多设备、服务供应商带来发展的空间。本文将从光以太网的技术特点、发展、社会需求和应用领域等方面出发, 对光以太网做一个简单的介绍。

迄今, 超过95%的终端用户都使用以太网作为连接Internet和企业内部网络的手段, 全球网络中的10/100/1000Mbit/s以太网端口已至少在32亿个以上, 已安装使用的以太网设备市场总值高达几万亿美元。因此, 可以毫不夸张地说, 以太网是世界上应用最广泛、最普及的网络技术。

以太网技术从诞生到现在历经30年。在线路速率上, 从雏形阶段的2.94Mbit/s, 提升到成熟阶段的10Mbit/s和100Mbit/s, 再飞进到近年的1Gbit/s和10Gbit/s;在物理载体上, 从最初的同轴电缆, 替换为屏蔽和非屏蔽的双绞线, 再换代为多模和单模光纤;在组网形态上, 也由最初的手工配置、总线拓扑、半双工共享式的局域网升级成今天的自动配置、多种拓扑、全双工交换式的局域网和城域网。

以太网技术成功的关键是技术本身简单且成本低, 进而得到了广泛应用, 成本随之进一步下降。性能和功能也随之不断完善, 最终以太网胜过了其他同类技术, 其生命力之顽强完全出乎人们的意料。

随着计算机、电子/光电子和光通信技术的进步, 现在终端设备的处理速度可达几个吉比特每秒, 网络干线的传输带宽可高达几个太比特每秒, 网络瓶颈已经从传输环节转移到交换环节上。为消除网络瓶颈, 光通信技术正在从骨干传输环节向网络边缘渗透;以以太网技术为代表的分组交换技术正在从局域网向城域网甚至广域网延伸。以太网和光通信, 这两种极具生命力和潜力的先进技术不可避免地在以城域网为中心的应用范围内融合, 正是在这样的背景下, 光以太网的概念和组网形式应运而生。

光以太网一词最先由北电网络 (Nortel Networks) 等电信设备商于2000年提出, 得到网络与通信行业的广泛关注与沿用, 并日益获得认可与支持。但是, 至今尚无对光以太网内涵和定义的完整而准确的论述。光以太网不是传统上用于LAN的以太网。它兼容传统以太网的接口, 仍具有以太网简单、灵活、低成本的优点。但与原来的以太网技术相比, 光以太网有很大的差异, 主要表现在物理层实现方式、帧格式、MAC的工作速率及适配策策略等万画。

光以太网也不是基于以太网技术的接入环路。它能提供真正的运营商级的多业务网络解决方案, 支持COS, 能保证QOS, 具有高达l0Gbit/s的带宽升级能力和类似于同步数字体泵 (SDH) 的网络生存能力。随着网络带宽需求的日益增长, 对网络带宽和性能要求更高的业务越来越多, Gbit/s级光以太网的出现满足了用户对特殊网络应用的需求, 使用户充分享受到了Gbit/s级光以太网业务。进而人们开始普遍地认可光以太网技术是拓展LAN的范围, 升级现有LAN的速率, 解决LAN和MAN之间速率适配问题, 以及网络接入瓶颈问题的优秀解决方案。

1 光以太网技术的兴起与发展

交换式LAN、微处理器和光通信技术的进步带给我们实现Gbit/s级以太网的技术可能性, 网络应用与宽带业务的迅速发展成为Gbit/s级以太网技术推向市场的驱动力。因此, 在20世纪90年代后期, 各方面因素促使设备开发公司和标准化组织加紧进行Gbit/s级以太网的相关工作。1998年, IEEE完成并通过了以光纤为媒质, 并且兼容半双工和全双工两种模式的1Gbit/s以太网标准——IEEE 802.3 2, 实现了以大网速率和容量的再一次升级。以太网技术也自此从L A N开始向M A K延伸。1 9 9 9年, 以U T P-5电缆为媒质的l Gbit/s以大网标准也间世了, 即I E E E 8 0 2.3 2 a b标准。

随即, IEEE的高速率研究组和万兆光以太网A等组织召集各大设备商和研究机构进行更高速率以太网的研究和标准化工作, 并终于在2002年3月发布了10Gbit/s以太网标准——IEFF 802.3ae。自此以太网速率可以跨越从10Mbit/s-10Gbit/s的多级粒度范围, 这标志着以太网技术又一次大的飞跃。

Gbit/s级的以太网主要以多模和单模光纤为物理媒质, 实际应用中几乎只采用全双工模式, 并且在MAC子层的控制策略、帧格式、物理层特性等方面都做了适合光网络技术的修改与完善, 使以太网技术与光通信技术更好地融合在一起。同时, 以太网技术对业务分类 (COS) 、服务质量 (QOS) 、网络安全性和生存性等方面的支持大为改现。Gbit/s级以太网出现不久, 就成为在MAN和WAN上汇聚IP等数据业务流的低成本解决方案, 以其优异的潜质和强大的竞争力给基于时分复用 (TDM) 的OC-l92带来很大压力。

随着以太网技术向MAN和WAN的不断延伸, 出现了各种将以太网技术与SDH、MPLS、DWD M等技术融合的方案, 例如结合了以太网的简单、灵活优点和SDH环网能快速恢复特点的弹性分组环 (RPR) 技术, 再如在SDH城城平台上嵌入以太网第二层交换技术的Eo S (Ethernd over SDH) 方案。与此同时, 以太网所能支持的超过速率促进了垂直腔表面发射激光器 (v cs EL) 、稀疏波分复用 (c w D M) 等光通信技术向接人网、局城网领域的渗透。整个通信网络的设计、建设和管理等各个方面从理念上都得以更新。对于LAN来说, Gbit/s级光以太网提供了超大的带宽, 因而可以构建新—代的园区骨干网或企业数据中心。大多数的园区网 (CAN) 实际上都是采用光链路的路由器互联的多个LAN, 所采用的媒质主要是多模光纤。随着路出器的相对价格逐渐上升并高于GBIC的价格, 路出器开始失去优越性。与此同时, 以太网交换机的覆盖范围不断扩大, 功能不断增强, 越来越多的CAN用以太网交换机和光纤来实现组网和互联。

2 光以太网的应用

光以太网是以光纤为物理载体, 运用以太网MAC层算法作为第二层控制技术的一类智能以太网, 是由一组标准和协议共同构成的技术体系。在过去, 以太网中的光纤链路只把互相隔绝的LAN连接起来。现在, 光以太网自身正在演变成为系统, 提供基于铜技术的以太网所不可能实现的覆盖范围和功能, 其优势在局域、城域和广域等多个应用层面中日益显现。当前光以太网的发展已经使它具备了过去的以太网根本达不到的性能, 甚至会超过当今的铜技术以太网所达到的境界。

随着传统的LAN、MAN和WAN网络界限越来越模糊, 网络的统一成了大势所趋。在不需大量网管的情况下, 如何简单、经济地将各个网络连接是一个急需解决的问题。光以太网技术可望解决这一问题。它不断发展成熟, 速度和性能不断升级, 逐渐实现了多厂商互操作性, 端到端兼容性以及LAN、WAN和MAN的无缝集成, 成为整个全球网络 (LAN、MAN和WAN) 的可靠而经济的解决方案。

专家认为, 对于以Gbit/s级速率为主体的光以太网技术, 最初的应用将主要集中在城域网骨干和服务提供商网络。原因在于, 这些用户最先体验到了带宽极限和企业局域网骨干Gbit/s连接呈多样化发展的趋势。随着LAN、MAN和WAN带宽需求呈指数增长, 光以太两简化骨干网层次和控制管理方面的优势将日益凸显, 对这一新技术的迅速采纳也将成为接下来带宽实施过程中的新一轮革命, 它将迅速向WAN领域延伸。

2.1 光以太网在LA N中的应用

目前, 超过95%的终端用户都使用以太网作为连接Internet和企业内部网络的手段, 使以太网成为世界上无处不在的联网技术。它受到广泛的认可, 并且是成本最低的联网技术。以光纤为介质的以太网, 如100BASE-FX早在20世纪90年代就开始应用于LAN之中。100BASE-FX出现以后.因其成本、安装和维护在当时来说都无法与同等速率的电线以太网相比, 因此未能得到广泛应用。几年后, 100BASE-FX使用户初步体验到了光以太网所带来的优势。

如今光以大网LAN只连于为数不多的计算机机房成小型连筑物内, 然而, 光以太网的诸多优点会加快它在LAN中的普及。首先, 除了有电噪声的环境以外, 光以太网LAN的传输是高度安全的, 而且与地面绝缘, 其次, 在小型建筑物内铺设光纤导管比铜线还容易, 更重要的是, 光以太网比铜以太网支持更高的速度和更长的距离;再一点, 于近年出现的袖珍型干兆位接口转换器 (GBIC) , 又称之为小型外形要素可插式多源协定 (SFP MSA:Small Form—f a c t o r P l u g g a b l e M u l t i S o u r c e Agreement) 模块、其尺寸只有原来GBIC的一半, 从而进一步提高了光以太网在节省空间方面的可用性。

随着网络带宽需求的日益增长, 对网络带宽和性能要求更高的业务越来越多, Gbit/s级光以太网的出现满足了用户对特殊网络应用的需求, 使用户充分享受到了Gbit/s级光以太网业务。进而人们开始普遍地认可光以太网技术是拓展LAN的范围, 升级现有LAN的速率, 解决LAN和MAN之间速率适配问题, 以及网络接入瓶颈问题的优秀解决方案。

对于LAN来说, Gbit/s级光以太网提供了超大的带宽, 因而可以构建新—代的园区骨干网或企业数据中心。大多数的园区网 (CAN) 实际上都是采用光链路的路由器互联的多个LAN, 所采用的媒质主要是多模光纤。随着路出器的相对价格逐渐上升并高于GBIC的价格, 路出器开始失去优越性。与此同时, 以太网交换机的覆盖范围不断扩大, 功能不断增强, 越来越多的C A N用以太网交换机和光纤来实现组网和互联。

光以太网的出现也加速了电子商务的应用及以太网高速接入Internet的实现进程。光以太网技术应用在业务供应商、企业数据中心和LAN之间。它提供了交换机之间、交换机与服务器之间、数据中心之间、楼与楼之间以及LAN之间的高速链接, 并增加了LAN与Internet之间的接口带宽。千兆光以太网技术使LAN的最大链路长度延长至5km, 万兆光以太网则将这一长度延长到40km, 从而在LAN中支持较长距应用。这样可以便企业的数据中心离开其LAN环境, 搬迁到价格更低或更利于组建企业网的地段、从而缩减企业的网络管理和维护费用。当两个LAN相隔较远时 (如LANA和LANB) , 可以采用10Gbit/s光以太网交换机来连接LAN, 链路最大距离达40km。

2.2 光以太网在W A N中的应用

以太网一直被当作一种接入技术来使用, 而万兆光以太网有希望成为最简单、最快速以及最高性价比的骨干网络技术在W AN中, 随着万兆以太网接口技术的成熟, 以太网传输在长距离网络中正逐步取得突破:以太网帧可在SDH/SONONFT OC-192的速度 (9.952Gbit/s) 下传送。并且光以太网的动态时分发用技术与长途链路的DWDM技术联合使用后, 原先较零碎的流量得以整合与汇聚, 多条通道组合到一条光纤上传输, 构成了传输距离大、带宽高且成本低的长途数据干线。

万兆光以太网定义了WAN物理层规范, 能够兼容在当前WAN中的OC-192设备、进而提供屿光纤骨干网相连的高速链路。运营商级的以太网交换机、路由器和光通信设备共存.业务供应商的Po P通过10G比/s以太网交换机和DWDM链路与位于骨干网特点的中心局相连。业务提供点 (Po P) 与骨干网节点之间的链路通常小于300m。

3 光以太网的拓扑结构

在局域网中, 由于设备比较多, 这种技术一般不会使用。对于城域网和广域网而言、需要通过互联设备, 加高端路由器和高端以太网交换机等, 互联多个局域网时, 将有可能使用到这种互联技术。

在光以太网中广泛使用的拓扑形式主要有以下三种:星型拓扑结构;环型拓扑结构;总线型拓扑结构。

摘要：光以太网是伴随着以太网技术的不断进步而出现得, 光以太网结合了光纤传输和以太网组网模式的最佳性能。光以太网是以光纤为物理载体, 运用以太网MAC层算法作为第二层控制技术的一类智能以太网, 是由一组标准和协议共同构成的技术体系。本文分析了光以太网的发展和应用和光以太网技术的兴起与发展, 其次, 分析了星型拓扑结构;环型拓扑结构;总线型拓扑结构三种光以太网的拓扑结构, 具有一定的参考价值。

关键词：光以太网,发展,应用