思科路由器和交换机的万兆以太网端口类型和可插拔模块揭密思科路由器和交换机的万兆以太网端口类型和可插拔模块揭密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基于光纤的 10GbE10GbE：：802.3ae802.3ae 概览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）IEEEIEEE 802.3ae802.3ae PMDPMD 子层子层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：只用于单模光纤的只用于单模光纤的 PMDPMD10GBASE-L10GBASE-L?D?D 工作在 1300nm 频段，最长距离为 10 公里（6.2 英里）。
10GBASE-E10GBASE-E?D?D 工作在 1550nm 频段，最长距离为 40 公里（24.8 英里） 图图 1 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只用于多模光纤的 PMDPMD10GBASE-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适用于多模和单模光纤的 PMDPMD10GBASE-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： 802.3ae802.3ae PHYPHY 系列系列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 PHYLAN 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我们为什么需要我们为什么需要 WANWAN PHYPHY？？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基于铜线的 10GbE10GbE：：802.3ak802.3ak 概览概览在 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 连接器标准图图 2 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IEEEIEEE 802.3ae802.3ae 万兆以太网端口类型的对应情况万兆以太网端口类型的对应情况最适合的 应用主要传 输介质典型使 用范围10GBASE-CX410GBASE-SR10GBASE-LX410GBASE-LR10GBASE-ER10GBASE-xW 室内水平铜缆－ 结构化 布线<=100m 室内垂直 （楼宇骨 干网）多模光 纤<=300m 最佳匹 配园区骨干 网（楼宇 之间）多模单 模<=2km 最佳匹 配最佳匹 配最佳匹 配数据中心/ 服务器群多模 /IBX4 铜质软 线<=50m最佳匹 配最佳匹 配城域单模<=80km 最佳匹 配最佳匹 配最佳匹 配在传统 SONET/SDH 基础设施 上传输单模<=10km （到传 输设备）最佳匹 配最佳匹 配不久之后，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IEEEIEEE 10GbE10GbE 的应用的应用如前所述，10GbE 标准中的端口类型数量旨在经济有效地满足各种应用的需要 每种物理层技术都可以满足特定的市场需求，并提供成本最低廉的技术解决 方案图 2 显示了最常见的 10GbE 应用与特定的 10GbE 端口类型的对应情况 （按照传输介质的距离和可用性分类）事实上，端口类型并不一定仅限于 表中所显示的应用10GBASE-SR 和 10GBASE-CX4 主要用于数据中心或者服务器群应用有限的距 离要求和灵活的传输介质选项（铜线/光纤）让机架内/机架间服务器－交换 机和交换机－交换机互联成为了这些技术的理想目标请注意，CX4 需要 IBX4 软线，不支持结构化布线10GBASE-LX4 在支持的光纤介质和传输距离方面的灵活性使它成为了最适用于 企业园区网络的技术尽管并没有针对数据中心进行成本优化，但是 LX4 也 可以用于这种采用了大量多模光纤的环境因此，LX4 被视为是企业网络中的 “瑞士军刀”式 10GbE 技术利用 10GBASE-LR 和 10GBASE-ER，我们可以支持那些需要延长的传输距离和只 支持单模光纤的应用：园区骨干网和城域应用。
这两种端口类型最适用于电 信运营商的部署应用，例如城域以太网服务汇聚，DSL 回程线路，以及 POP 间 连接等在需要使用一个基于长途 SONET/SDH 的光传输基础设施时，电信运营商应当 考虑将 WAN PHY 用于 POP 间或者办公室间应用对于那些希望从一个运营商那里租用一条 OC-192 TDM 线路或者一条 OC-192 光纤，用于跨越多个国家甚至大陆的 WAN 应用的企业来说，10BASE-W 常常是 唯一的选择下面让我们了解一下三种思科 10GbE 光收发器它们代表了此前所介绍的端 口类型的实际应用X”“X”模块所支持的特性模块所支持的特性支持的特性支持的特性XENPAKXENPAKX2X2XFPXFP 所有 IEEE 端口类 型支持支持除 LX4 以外非 IEEE 端口类型 支持（80km/DWDM）不支持不支持 尺寸（mm）126×36×17100×36×1278×18×10 连接器类型SCSCLC 除万兆以太网以外 的协议不支持不支持支持（OC-192 9.95Gb/s，G.709 10.709Gb/s）图图 3 3 “X”模块（Xenpak、X2 和 XFP）之间的主要区别在于它们的尺寸和支持 的端口类型、协议。
思科思科 10GbE10GbE 可插拔接口可插拔接口目前，思科交换机和路由器上的几乎每个 10GbE 端口都是独立于光纤或者铜 线物理接口销售的这让最终用户可以根据应用要求选择不同的热插拔收发 器，从而定制 10GbE 端口如需查看 Alessandro Barbieri 撰写的《万兆以太网和它的“X”模块》全文， 请访问 10GbE 收发器建立在行业标准（被称为多来源协议或者 MSA）的基础上 思科采用了三种具有不同的电气和机械特性的 10GbE 收发器：Xenpak（www.xenpak.org） X2（www.x2msa.org） XFP（www.xfpmsa.org） 从最终用户的角度来说，Xenpak、X2 和 XFP 之间最主要的区别在于机械尺寸， 以及它们所支持的端口类型和 10G 协议（除了 10GbE 以外）请参阅图 3； 注意，从技术上说所有三种 X 模块都可以支持光纤通道，但是目前没有出现 这样的商业应用）Xenpak 是这三种模块中尺寸最大的但是尺寸的增大也使它具有了多功能优 势：更多的空间有助于集成光网和电子组件，具有更高的热能效率，从而降 低对散热的需求。
因此，Xenpak 可以支持范围最广泛的端口类型，满足大功 率的 DWDM 接口和 80 公里 PMD 的需要随着技术的进一步成熟，现有的在所 支持的端口类型方面的不足将会消失图图 4 4 通过将 WD。