邓永红
摘要：本文从利用千兆以太网构建宽带城域网的可行性分析，千兆以太网在有线电视宽带城域网中的具体应用，千兆以太网技术与Cable Modem技术的比较等方面，详细地介绍了千兆以太网技术在建设有线电视宽带城域网中的应用。
关键词：千兆以太网，有线电视宽带城域网，IP over DWDM，GE over DWDM。
最早的以太网标准是在1985年发布的IEEE 802.3标准，所用的物理介质是两种同轴电缆（粗缆和细缆），1986年加入了无屏蔽双绞线（UTP），传输速率是10Mbps，所以称为10BASE—T标准。T是双绞线的意思。由于支持10BASE—T的集线器和交换机工作十分可靠，使得这种技术和10BASE—T标准得到了迅速推广。这种标准支持在共享介质上的半双工传输。并采用CSMA/CD协议来解决信息在共享介质上的冲突。
1995年，IEEE通过了802.3u标准，将以太网的带宽扩大为100Mbps。对于无屏蔽双绞线的标准称为100BASE—T。快速以太网除了继续支持在共享介质上的半双工通信外，还支持在两个通道上进行的双工通信。双工通信进一步改善了以太网的传输性能。另外，100Mbps以太网的网络设备的价格并不比10Mbps的设备贵多少。100BASE—T以太网在近几年得到非常快速的发展。
工作站之间用100Mbps以太网连接后，对于主干网络的传输速度就会提出更高的要求，这样一来，千兆以太网便应运而生。
1000M以太网是建立在标准的以太网基础之上的一种带宽扩容解决方案。它和标准以太网以及快速以太网技术一样，都使用以太网所定义的技术规范，比如：CSMA/CD协议、以太网帧、全双工、流量控制以及IEEE 802.3标准中所定义的管理对象等。同时，1000M以太网本身作为以太网络的一个组成部分，千兆以太网也支持流量管理技术，通过IEEE 802.1P第二层优先级、第三层优先级的QoS编码位、特别服务和资源预留协议（RSVP）这些技术规范使得它的服务质量得到了保证。同时千兆以太网还利用IEEE 802.1QVLAN支持、第四层过滤、千兆位的第三层交换。千兆以太网原先是作为一种交换技术设计的，采用光纤作为数据链路，而用于中长距离的楼宇之间的连接。后来，在服务器的连接和骨干网中，千兆以太网获得广泛应用，随着IEEE 802.3ab标准（采用5类及以上非屏蔽双绞线的千兆以太网标准）的出台，千兆以太网的正在逐渐普及。
千兆以太网络是由千兆交换机、千兆网卡、综合布线系统等构成的。同样的，交换机还是作为了网络的集中点，所以千兆交换机理所当然的成为了网络的骨干部分。千兆的网卡插在服务器上，通过布线系统与交换机相连，通过这样的连接实现了服务器到网络中心的1000M的带宽。
一、利用千兆以太网构建宽带城域网的可行性分析
传统以太网技术不属于城域网范畴，而属于用户局域网领域。然而其应用领域却正在向包括城域网在内的其它公用网领域扩展。历史上，对于企事业用户，以太网技术一直是最流行的方法，利用以太网技术作为宽带城域网接入手段的主要原因是：（1）以太网已有巨大的网络基础和长期的经验知识；（2）目前所有流行的操作系统和应用都与以太网兼容；（3）性能价格比好、可扩展性强、容易安装开通以及可靠性高；（4）以太网接入方式与IP网很适应，同时以太网技术已有重大突破，容量分为10/100/1000Mb/s三级，可按需升级，10Gb/s以太网系统也已经问世。
建立宽带城域网需要考虑以下因素：快速的传输速度、安全的访问控制和多媒体网络应用。
这些因素的解决均需首先从网络的平台入手，也就是说网络的基础入手，因此要根据网络小区的需求特点来设计网络的建设方案。
无论是企业网、城域网还是广域网，用户并不因地域的扩大而放弃所须的各种各样的应用，信息应用正以前所未有的速度发展，尤其是多媒体应用及数据应用对带宽和传输质量提出了更高的要求。网络的主要负载量是从边缘接入设备到核心设备的数据量交换，随着网络规模的扩大，应用信息交换量增加，使得网络的核心设备发生了拥塞，形成了瓶颈，扩充核心设备的吞吐能力、增加边缘设备到核心的数据通讯带宽是改善网络性能的关键。因此在设计城域网的原则上，首先应该考虑满足网络规模所要求的核心设备交换能力，以及边缘设备到核心的链路带宽。而且作为大型城域网所采用的解决方案应具有开放技术、支持行业标准，以及保护用户的投资，提高设备的互操作性。网络方案要求采用主流技术、开放的标准协议，具有良好的互操作性，能够支持不同厂商的多系列产品，减少设备的互连的问题。
随着千兆以太网成为标准，千兆以太网现日益成为当前主流的主干技术，为城域网建设提供了新的思想。1998年六月已经制定完成的第一个千兆以太网标准802.3z.以使用广纤线缆和短程铜线线缆的全双工链接为对象，针对半双工和远程铜缆的标准802.Ab于1999年六月正式确定。
采用千兆以太网的优势在于：千兆以太网提供10倍于快速以太网的传输交换性能，并与现有的10/100Mbps以太网标准、CSMA/CD协议完全兼容，同时千兆以太网支持以太网、快速以太网的802.1QVLAN标准、802.1p优先级标准及802.3x流量控制协议，千兆以太网已成为构建网络主干的主流技术。
千兆以太网提供了完美的升级方案，可保护现有网络设备的投资。千兆以太网将保留802.3和以太网帧格式以及802.3受管理的对象规格，从而将使企业能够在升级至千兆性能的同时，保留现有的线缆、操作系统、协议、桌面应用程序和网络管理战略与工具。
千兆以太网相对于原有的快速以太网、FDDI、ATM等主干网解决方案，提供了另一条改善交换机与交换机之间骨干连接和交换机与服务器之间连接的可靠、经济的途径。网络设计人员将能够建立有效、高速、关键任务的应用程序和文件备份的高速基础设施。网络管理人员将为用户提供Internet、intranet城域网与广域网的更快速的访问。
千兆以太网比其它的主干技术具有更有效的带宽优势，并且具有良好的发展空间，10G以太网技术规范和标准已经问世，基于以太网帧层及IP层的优先级控制机制和协议标准及QOS支持技术日趋成熟，为高要求服务质量提供了保证基础。随着光纤制造和传输技术的进步，千兆以太网的传输距离可以达到几十里甚至百公里，因此千兆以太网成为了构建城域网的一种技术选择。
二、千兆以太网在有线电视宽带城域网中的具体应用
1998年以来我国很多城市有线电视网络在其HFC网的光缆网上直接架设宽带IP城域网，提供高速上网和宽带交互业务，发展迅速。目前有线电视宽带城域网的发展趋势是将千兆以太网与DWDM技术结合在光缆网上架构成宽带IP城域网。
密集波分复用技术（DWDM）是在一根光纤中能同时传输多个波长的光信号的一种技术，其原理是：在发送端将不同波长的光信号组合，在接收端又将组合的光信号分开送入不同的终端，这意味着，原来只能采用一个波长作为载波的单一信道，变为数个不同波长的光信道同时在光纤中传输，从而使光通信的容量成倍提高。
千兆以太网（GE）与DWDM技术结合的方案是GE over DWDM，它可以提供几十个千兆位的通信带宽，而且具有以太网的简易性，与其它类似速率的通信技术相比，具有价格低廉的特点。GE over DWDM实现了以太网基础之上的平滑过渡，综合平衡了现有的端点工作站、管理工具和培训基础的各种因素。千兆以太网采用802.3z标准，与现有的10/100Mbps以太网标准、CSMA/CD协议完全兼容，并支持全双工操作。由于这些特点，GE over DWDM将成为有线电视城域网IP主干网的理想技术。
IP over DWDM技术是将DWDM技术和成熟的IP传输技术结合的产物。IP over DWDM就是让IP数据包直接在光路上跑，减少网络层之间的冗余部分。由于省去了中间的ATM和SDH层，其传输效率最高，节省了网络运行成本，同时也降低了用户的费用，是一种最直接、最经济的IP网络结构体系。GE over DWDM是IP over DWDM的一种廉价方式，非常适用于有线电视网络大型城域IP骨干网的建设。
GE over DWDM的基本原理和工作方式是：在发送端将交换机、路由器等设备发出的GE光信号分为两路，一路送给GE的MAC芯片，一路送到具有调制特定波长的激光器。通过GE的MAC芯片可以获取GE的传输情况，如：数据包的流量和错误数据包的数量，可以很方便地在传输网管设备上观察到GE的运行情况，及时查找传输线路故障。特定波长的激光器的GE光信号同其它波长的光信号组合（复用）送入一根光纤中传输。在接收端通过分波器将各个波长的光信号从一根光纤分出，送入不同终端。分出的GE光信号，送给GE波长转换板，同样进行光/电/光转换，并在电气层用GE的MAC芯片监视传输情况，最后将GE的光信号送到交换机、路由器等设备的GE光接口，完成GE over DWDM，不经中继传输距离即可达到640公里以上。
目前我国一些城市HFC网光缆布设已有一定规模，一个城市有数百个乃至数千个光节点。同轴电缆网目前一时无法全面启动HFC双向因特网接入业务，由于HFC网的光缆部分是双向的，从拓扑结构看，有线电视HFC网的光缆部分最能满足城市宽带IP骨干网的要求，因而可利用有线电视预留光纤架构独立于有线电视HFC网的宽带IP网。邵阳有线电视网络也采用这种方式。
它的基本结构是在总站和各分中心之间用环型光缆连接，各分中心用星型光缆网连接各个光节点，各个分中心可以成为宽带汇接点GpoP(gigbit pop),连接各个分中心的环形光缆网，用IP over DWDM架构多路千兆以太网，一个分中心GPOP通过光纤可以连接上百个光节点。由于每个光节点小区方圆仅数百米，可以用光纤接入企事业单位用户，提供局域网连接、专线租用、宽带因特网接入等多种宽带数据业务服务。
这种接入系统从光节点到用户接入网的施工量和成本较将单向HFC网改造成双向用电缆调制解调器架构宽带IP网成本要低得多。维护管理也更方便。该接入系统在用户端只需一块以太网卡或快速以太网卡，在分中心，该接入系统只需路由交换机，在光节点处，该接入系统设置一台路由交换机通过居民楼的交换机连接终端用户。在光节点GPOP处可以通过SNMP管理覆盖区内所有的交换机设置VLAN，进行QoS控制等，每一个用户独享10Mb/100Mb/s通道。
在我国实现FTTC10/100/1000Mb/s以太网到用户网络布设条件已经成熟。根据有线电视网络的实际情况与需求，系统可采用网型网络拓扑结构，即在城市的一级主干网络上采用环形网络拓扑结构，在支干网络上采用大星形+小环形拓扑结构，通过主干网络上的HUB主节点工作站，经二级干线网呈全星型拓扑分配到光节点。
利用有线电视网预留光纤实现CATV+计算机网构成接入网的方案具有现实意义。在此方案中，原来的CATV网仍作为广播网向用户提供TV信息，计算机网则单独构成，即应用光缆中富裕的2根光纤构成数据链路。在CATV的前端设置千兆位路由交换机（其出口可直接和Internet网实现互联），应用光纤数据传输系统，用2根光纤连接到服务区，在服务区，通过光收发设备及路由器，经过计算机网用5类线连接到用户计算机的网卡上。在这种接入网结构中，CATV入户线和计算机网入户线是分开的，两个网相互独立，仅在前端有连接。对用户来说，只需要计算机附加一个网卡，目前不仅网卡便宜，连接用户的网络线也很便宜。计算机网的传输速率可以很高。
三、千兆以太网技术与Cable Modem技术的比较
基于光纤+五类线的千兆以太网作为有线电视宽带城域网的接入无疑是一种较好的选择方式。它特别适合密集型的居住环境，非常适合中国国情。因为中国居民的居住情况不象西方发达国家，个人用户居住分散，中国住户大多集中居住，这一点尤其适合发展光纤到小区，再以快速以太网连接到户的接入方式。在局域网中IP协议都是运行在以太网上，即IP包直接封装在以太网帧中，以太网协议是目前与IP配合最好的协议之一。以太网接入手段已成为宽带接入新潮流，它将快速进入家庭。目前大部分的商业大楼和新建住宅楼都进行了综合布线，布放了5类UTP，将以太网插口布到了桌边。以太网接入能给每个用户提供10Mb/s或100Mb/s的接入速率，它拥有的带宽是其它方式的几倍或者几十倍。完全能满足用户对带宽接入的需要。Cable Modem虽然比56K速度快，但与以太网相比，还有很大差距，它只是人们迈向宽带过程中的一个过渡技术， Cable Modem的上行信道存在低频段干扰、回传漏斗噪声和瓶颈问题，这些问题都需要解决，另外，Cable Modem的费用都很高，造价和成本平均每一户将超过1000元。而以太网每户费用在几百元左右。所以以太网接入方式，在性能价格比上既适合中国国情，又符合网络未来发展趋势。在商业大楼和新建高档住宅楼，以太网接入将会是有线电视城域网最有前途的宽带接入手段。
摘自 赛迪网
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