以太网端口分类与可插拔模块揭密

网络技术是从1990年代中期发展起来的新技术，它把互联网上分散的资源融为有机整体，实现资源的全面共享和有机协作，使人们能够透明地使用资源的整体能力并按需获取信息。资源包括高性能计算机、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源、大型数据库、网络、传感器等。当前的互联网只限于信息共享，网络则被认为是互联网发展的第三阶段。您可能已经阅读了大量关于万兆以太网（以下简称10GbE）的文章，进而确信它将是您的数据中心下一项需要采用的技术。现在，您需要做的是深入了解这项技术的具体细节。或者，您可能在寻找您的下一个配线间升级方案，或者考虑用10GbE满足下一代城域网（MAN）的需要。或者，您可能只是一个喜欢站在技术前沿的技术爱好者。如果您符合上面这几种情况中的任何一种，本文就可以帮助您全面地了解10GbE 技术和标准的端口类型，以及理解思科交换机、路由器上的多种10GbE可插拔模块的区别、共性和应用。
IEEE 802.3ae任务小组于2002年将10GbE确立为标准。虽然它已存在三年，这在互联网时代足以让一项标准成为过时的技术，但是10GbE技术仍然处于旺盛发展的时期，而10GbE市场也还处于起步阶段。
在深入可插拔光接口的细节之前，首先让我们了解一下10GbE标准，以及各种10GbE标准端口类型的主要应用。
基于光纤的10GbE：802.3ae概览
首先要指出的是，10GbE仍然属于以太网，只是速度快得多。除了将速度水平提高到了10000Gb/s以外，IEEE 802.3ae 10GbE标准的主要目标是保留以太网的帧格式，保持802.3标准的最大和最小帧尺寸，以及只支持全双工操作（因而不符合CSMA/CD协议的要求）。IEEE 802.3ae标准的很大一部分都是用于定义10GbE物理层。
随着标准化工作的深入，人们定义了四种主要的光接口类型，它们可以在不同的距离上支持单模和多模光纤。按照IEEE的术语，这些接口被称为依赖于物理介质的子层，简称PMD 。除了这四种PMD以外，该标准还制定了两个用以支持LAN和WAN应用的物理层规范（PHY）系列。一般而言，PHY的属性是在负责编码和解码功能的物理编码子层（PCS）定义的。目前，总共有七种10GbE端口类型（如图1所示）。
IEEE 802.3ae PMD子层
10GbE标准所规定的PMD子层看起来似乎容易混淆。每个PMD都具有不同的技术特性，可以支持不同的光纤介质和操作距离。在定义PMD子层时，IEEE倾向于为每种特定的应用提供成本最低廉的光传输技术：
只用于单模光纤的PMD

10GBASE-L?D?D工作在1300nm频段，最长距离为10公里（6.2英里）。
10GBASE-E?D?D工作在1550nm频段，最长距离为40公里（24.8英里）。

图1 IEEE 802.3ae标准为LAN或者WAN应用定义了四种PMD和三个PCS层，以及七种可选的10GbE端口类型。
IEEE 802.3ae 万兆以太网端口类型
只用于多模光纤的PMD

10GBASE-S?D?D采用低成本的850nm激光技术，在传统多模光纤上覆盖26到82米的距离。利用针对激光优化的多模光纤（也被称为OM3光纤），10GBASE-S的覆盖距离可以扩展到300米。

适用于多模和单模光纤的PMD

10GBASE-LX4采用了一个由四束激光组成的阵列，每个以3.125Gb/s发射，并且四个接收器以波分复用（WDM）的方式排列。该PMD工作在1300nm频段，可以在传统的FDDI级多模光纤上支持300米的连接距离，在单模光纤上支持10公里的连接距离。

如需详细了解PMD所支持的各种光纤类型和连接距离，请参阅思科产品简介，网址是：cisco/packet/173_5b1 。
IEEE 802.3ae PHY系列
10GbE标准框架包含两个新的物理层规范：LAN PHY和WAN PHY 。另外还有三种PCS子层：10GBASE-X、10GBASE-R和10GBASE-W 。前两个属于LAN PHY系列，最后一个属于WAN PHY 。
LAN PHY和WAN PHY的区别在于帧类型和接口速度。串行LAN PHY（10GBASE-R）采用的是以太网帧，数据速率为10.3125Gb/s（MAC的运行速度为10.000Gb/s；加上64B/66B的编码开销，实际的线路速率为10.000* 66/64=10.3125Gb/s）。而WAN PHY则可以将64B/66B编码负荷包装到一个通过SONET连接的STS-192c帧中，数据速率为9.953Gb/s 。
我们为什么需要WAN PHY？
SONET/SDH是光传输网络上采用的主要技术，因而传统的光传输基础设施都建立在工作速率为9.953Gb/s的SONET/SDH协议的基础上。但是，线路速率为10.3125Gb/s的LAN PHY与SONET/SDH的速率不匹配，因而不能在基于SONET/SDH的WAN上传输。WAN PHY是IEEE为让10GbE数据速率适应SONET/SDH速度而提供的方法。
WAN PHY可以让10GbE兼容ANSI定义的SONET STS-192c格式和数据速率，以及ITU规定的SDH VC-4-64c容器。WAN PHY并不是严格兼容SONET 。它更适于被形容为10GbE的一种适应SONET的变体。它的光传输规格和延时、抖动要求仍然与SONET/SDH网络截然不同。
基于铜线的10GbE：802.3ak概览
在2004年，10GbE标准端口类型迎来了一个新的成员：10GBASE-CX4 。这项经过IEEE 802.3ak任务小组审批的标准是第一个基于铜线接口的10GbE规范。CX4可以满足市场对于在无需光纤介质的传输距离的应用中使用成本极低的10GbE连接的需求。10GBASE-CX4运行在15米长的四对双轴铜线上，采用由Infiniband贸易协会制定的IBX4连接器标准。
图2 不同的10GbE端口类型可以满足各种企业和电信运营商应用的需要，提供最经济有效的技术解决方案。
IEEE 802.3ae万兆以太网端口类型的对应情况
【以太网端口分类与可插拔模块揭密】不久之后，10GBASE-CX4将不会再是唯一可以在铜缆上支持10GbE的标准；事实上，IEEE任务小组802.3an目前正在制定10GBASE-T标准，它将可以在六类UTP线缆上支持55到100米的距离，在七类线和“增强六类线”（即Cat6e线缆）上支持100米的距离。这项标准将于2006年7月被核准。