10G以太网技术
—— 随着互联网业务和其他数据业务的高速发展，对带宽需求的增长影响到网络的各个部分，包括骨干网、城域网和接入网。为了充分利用骨干网带宽，人们目前采用了密集波分复用（DWDM）技术，但接入网的低带宽连接使得网络中的瓶颈问题逐渐突出。用户越来越不能忍受使用56K
Modem上网，他们希望速率更快的连接方式，因此，网络服务提供商面临接入带宽不足的严重问题。为了满足这种需求，需要一种新型网络结构。同时随着电子商务的发展，服务提供商希望用更经济、有效的网络体系支持他们的商业模型，期望新的技术提供更快更新的业务。目前应用最广泛的局域网技术——以太网技术可以实现这样的需求，能够简单、经济地构建各种速率的网络。考虑到用户来的。
—— 10G高速以太网可以满足新的容量需求，解决了低带宽接入、高带宽传输的瓶颈问题，扩大了应用范围，并与以前的所有以太网兼容。一般，全双工的以太网协议并无传输距离的限制，在实际应用中是物理层技术限制了最大传输距离，但是可通过来用高性能的收发器或链路扩展器来延长以太网链路长度，因此，以太网技术也可以应用到MAN和WAN，而且采用以太网技术构建的MAN和
WAN的费用比采用ATM／SONET技术构建的类似的系统降低约25％。正是这些因素促使以太网从局域网扩展到MAN、WAN，并建立工作速率为10Gb／s的可靠、高速的数据网。这样网络将基于单一的核心技术，易于管理，费用低廉。在10Gb／s的高速数据速率下，以太网作为WAN技术可避免协议转换，实现WAN与LAN、MAN无缝连接，并与DWDM光网络无缝兼容。
—— 自1999年以来，IEEE 802.3 HSSG（High Speed Study Group）小组专门研究10G标准——802.3ae。其目标是：完善802.3协议，将以太网应用扩展到广域网，提供更高带宽。兼容已有的802.3接口，并与原有的网络操作和网管原理保持一致。HSSG小组的成立表明将会有许多设备支持10G以太网应用，从而减少实施设备和接口费用，降低支撑费用和维修费用。10G以太网分层体系结构如图1所示。
10G以太网的主要特点
—— 尽管10G以太网是在以太网技术的基础上发展起来的，但由于工作速率大大提高，适用范围有了很大的变化，与原来的以太网技术相比有很大的差异，主要表现在：1）物理层实现方式；2）帧格式；3）MAC的工作速率及适配策略。
—— 10G以太网的两种物理层
—— 由于10G以太网可作为LAN，也可作为WAN使用，而LAN和WAN之间由于工作环境不同，对于各项指标的要求存在许多的差异，主要表现在时钟抖动、BER（比特差错率）、QoS等要求不同，就此制定了两种不同的物理介质标准。这两种物理层的共同点有：共用一个MAC层，仅支持全双工，省略了CSMA／CD策略，采用光纤作为物理介质。
—— 10G局域以太网物理层的特点：支持802.3MAC全双工工作方式，MAC时钟可选择工作在1G方式下或10G方式下，允许以太网复用设备同时携带10路1G信号。帧格式与以太网的帧格式一致，工作速率为10Gb／s。10G局域网可用最小的代价升级现有的局域网，并与10／100／1000Mb／s兼容，使局域网的网络范围最大达到40公里。
—— 10G广域网物理层的特点：由于局域以太网采用以太网帧格式，传输速率为10Gb／s，而10G广域以太网采用OC-192c（OC-192c是STS-192c的光对应物）帧格式在线路上传输，传输速率为9.58464Gb／s，所以10G广域以太网MAC层有速率匹配功能。通过10GMII接口提供9.58464Gb／s的有效速率。线路比特误码率可为10 -12 。与OC-192c的SONET再生器协同工作，并利用OC-192c帧格式和最少的段开销与现有的网络兼容，当物理介质采用单模光纤时，传输距离可达300km；采用多模光纤时，可达40km。10G广域网物理层还可选择多种编码方式：1）仍采用8b／10b编码；2）采用新的编码策略MB810；3）使用一个扰码多项式；4）使用两个扰码多项式。在NORTEL和AMCC公司向IEEE 802.3 HSSG提交的10Gigabit Ethernet WAN PHY的建议中。10G广域网物理层采用两个扰码多项式。结构如图2所示。
—— 在PCS层提供从10GMII到PMA的映射并进行MAC帧定界，为了避免伪帧定界，PCS层对MAC帧的前
8个字节进行X 43 1的自同步扰码，这样避免信息字段中出现物理层帧的帧定位字节的情况，而且，如果恶意用户要对信息数据进行攻击，则必须要知道扰码器状态，而猜中的概率仅为1／2 43 ，加强了数据的安全性。而且扰码器的使用将降低出现长连“0”或长连“1”的概率，提高了宿端时钟恢复能力。数据在广域网中传输时，为了达到9.58464Gb／s的速率，采用的方法是将许多以太网帧映射到一个OC-192c中。为了在接收方将同一个OC-192c中的不同的以太网帧正确区分开，采用HEC（Header Error Control）定界策略；在PMA层实现将PCS送来的业务流封装进OC-192c帧中，为了提高接收方线路时钟恢复能力，在PMA对整个帧进行下X 2 ＋X 6 ＋1帧同步扰码，最后将扰码后的信号放在光纤上传输。
—— 连接LAN和WAN的网桥完成物理层转换功能，如图3所示。
—— 由于10G以太网实质是高速以太网，所以为了与以前的所有以太网兼容必须采用以太网的帧格式承载业务，为了达到10Gb／s的高速率，并实现与骨干网无缝连接，NORTEL公司的建议中提出在线路上采用OC-192c帧格式传输。这样就需要在物理子层实现从以太网帧到OC-192c帧的映射功能。同时，由于以太网在设计时是面向局域网的，网络管理较弱，传输距离短并且对物理线路没有任何保护措施。当作为广域网进行长距离高速传输时必然导致线路信号频率和相位较大的抖动，而以太网的传输是异步的，在宿端实现同步比较困难。因此，如果以太网帧在广域网中传输，需要对以太网帧格式进行修改。
—— 另一方面，以太网一般是利用物理层中特殊的10B（B一Byte）代码实现帧定界的，当MAC层有数据需要发送时，PCS子层对这些数据进行8B／10B编码，当发现帧头和帧尾时，自动添加特殊的码组帧起始定界符（SPD）和帧结束定界符（EPD）；当PCS子层收到来自于底层的10B编码数据时，可以轻易根据SPD和EPD找到帧的起始和结束从而完成帧定界。但是SDH中承载的千兆以太网帧定界不同于标准的千兆以太网定界，因为复用的数据已经恢复成8B编码的码组，去掉了SPD和EPD。如果只利用于兆以太网的前导Preamble和帧起始（SFD）进行帧定界，由于信息数据中出现与前导和帧起始相同码组的概率较大，采取这样的定界策略可能会造成接收端始终无法进行正确的以太网帧定界，为了避免这种情况，采用了HEC策略。
—— 为此，建议中修改了千兆以太网的帧格式，添加长度域和HEC域。为了在定帧过程中方便查找下一个帧位置，同时由于最大帧长为1518字节，最少需有11个bit（2 11 ＝2048），所以在复接MAC帧的过程中用两个字节替换前导头两个字节作为长度域。然后对这8个字节进行CRC-16校验，将最后得到的两个字节作为HEC插入SFD之后。修改后的MAC帧的字段安排见图4，其中长度域的值表示修改后的MAC帧长。
—— 10G WAN物理层并不是简单的将MAC帧用OC-192c承载，虽然借鉴了OC-192c的块状帧结构、指针、映射以及分层的开销，但在SDH帧结构的基础上做了大量的简化，使修改后的以太网对抖动不敏感，对时钟的要求不高。首先，减少了许多开销，仅采用了帧定位字节A1和A2、段层误码监视B1、踪迹字节J0、同步状态字节S1、保护倒换字节K1和K2以及备用字节Z0。对没有定义或没有使
用的字节填充00000000。减少了许多不必要的开销，简化了SDH帧结构，与千兆以太网相比，增强了物理层的网络管理和维护，在物理线路上实现保护倒换。其次，避免了繁琐的同步复用。信号不是从低速率复用成高速率流，而是直接映射到OC-192c净负荷中。以太网帧到OC-192c帧的映射过程如图5所示。
—— LAN与WAN的速率适配
—— 10G局域以太网和广域以太网物理层的速率不同，LAN的数据率为10Gb／s，WAN的数据率为9.584064Gb／s（9.58464Gb／s速率是PCS层未编码前的速率）。但是两种速率的物理层共用一个MAC层，MAC层的工作速率为10Gb／s，采用什么样的调整策略将10GMII接口的传输速率10Gb／s降低，使之与物理层的传输速率9.58464Gb／s匹配，是10G以太网需要解决的问题。目前将10Gb／s适配为9.58464Gb／s的OC-192c的调整策略有3种：1）在XGII接口处发送HOLD信号，MAC层在一个时钟周期停止发送；2）利用“Busy idle”，物理层向MAC层在IPG期间发送“Busy idle”，MAC层收到后，暂停发送数据。物理层向MAC层在IPG期间发送“Normal idle”，MAC层收到后，重新发送数据；3）采用IPG延长机制。MAC每次传完一帧，根据平均数据速率动态调整IPG间隔。 NORTEL 公司的建议中采用第一种调整策略。
