三层交换机和路由器的区别

三层交换机和路由器都工作在网络的第三层，根据ip地址进行数据包的转发（或交换），原理上没有太大的区别， 这两个名词趋向于统一，所谓交换路由器和路由交换机指的是同一样东西。我们可以认为三层交换机就是一个多端口的路由器。
　　
　　但如果从二者的历史的发展的角度去寻找，我们还是能够找出一些差别的：
　　
　　路由器的历史比较久远一些，80年代中期思科就推出了业界第一台路由器。路由器的推出是为了解决远程的、 不同网段的互连互通，所谓“路由”就是根据网络上数据包（如IP Packet)的目的地址（如IP地址）查表， 以决定并将该数据包转发到通往目的地的“下一跳”。由于路由算法比较复杂， 早期的路由器一般都是基于CPU以“单跳时钟”指令计算的方式来处理和转发数据包，这种方式转发数据包的效率是比较低的。 但我们不要忘了，在当时，远程广域的互连互通是第一位的，而需要并用得起路由器的是大企业大机构（如银行）。一方面， 承载数据的广域网链路速度比较低（低于1个E1=2Mbps,如PSTN、ISDN、DDN、Frame Relay等）,另一方面当时的应用以UNIX主机计算为主，所以网络传输的速度并不是大问题。
　　
　　总结起来，传统的路由器有3个特点：
　　
　　1、基于CPU的单步时钟处理机制 
　　2、能够处理复杂的路由算法和协议 
　　3、主要用于广域网的低速数据链路
　　
　　进入90年代，PC机的飞速发展，导致以太网和TCP/IP协议的迅速崛起和广泛应用，企业内部网络越来越庞大， Internet已经成为最大的广域网，企业的远程互连互通已经越来越从自建（租）的专网转向Internet。 这些变化直接导致了交换机的出现，路由器的升级换代，以及路由器和交换机的融合。
　　
　　最早的以太网交换机于95年前后问世，其前身是网桥。网桥工作在网络的第二层，它的作用之一是隔离网络广播风暴。我们知道， 以太网上主机之间通讯链路的建立很大程度上依赖于一种广播包，严格来说广播包只负责建立和维系通讯而不传送有效的数据， 当网络上主机数量增大时广播包会以指数级增长，占用太多带宽，降低网络效率（权威的说法，一个以太网段的主机数量不要超过30台， 超过时就应该用网桥加以隔离）。网桥很像一个有着左膀和右臂的人， 它根据以太网上数据帧（Frame)的目的MAC地址决定是否将帧在左右手之间交换。广播包是没有目的地址的（意味着给所有人）， 所以被隔断。我们可以把交换机理解成一个多端口的网桥，连接在它的每一个端口上的主机或网段独享带宽，各端口之间的交换相对独立， 提高了网络效率。交换机工作在网络第二层，算法相对简单，很快就有芯片厂家将其固化， 生产出交换机的核心ASIC芯片，推出硬件的线速度交换机。
　　
　　总结起来，传统的交换机有3个特点：
　　
　　1、基于ASIC硬件，线速度交换 
　　2、工作在网络第二层，主要是以太网 
　　3、主要用于局域网的快速数据交换 
　　
　　随着企业内部网络的进一步扩到，主机增加到成百上千台，网络第三层的广播风暴成为了问题（权威的说法： 一个TCP/IP网段上的主机数量不要超过300台）。传统的交换机工作在网络第二层，不能隔离三层的广播。 一个的解决办法是在交换机上做VLAN隔离，再将VLAN上汇聚到上级路由器上，由路由器实现不同网段（3层网段）之间的路由转发。 这就是最初的路由+交换模型，典型的产品是CISCO的Catalyst 5500路由交换机。
　　
　　路由+交换是一个过渡产品， 今天的三层交换机在体系结构上已有很大的改观，路由和交换通过ASIC充分揉合，第一个包经过路由算法确定路径后， 后续的数据包交由交换引擎实现线速度交换。当然，把所有的路由算法都固化还很困难， 这就是今天的三层交换机要么不能100%实现线速交换，要么只能支持有限的简单的路由协议的原因。
　　
　　传统的路由器随着Internet的发展也继续保持其生命力。复杂的协议（如BGP、MPLS）， 新的功能和应用（如VPN、Security)都离不开软件和CPU的计算,但路由器在体系结构上也进行了非常大的改进, 并融合了越来越多的固件和ASIC。
　　
　　路由和交换的发展透析着IT产业软件和硬件的演变，并将随着人们对功能和性能的不懈追求而继续演变下去。

交换机和路由器的几点区别

计算机网络往往由许多种不同类型的网络互连连接而成。如果几个计算机网络只是在物理上连接在一起，它们之间并不能进行通信，那么这种“互连”并没有什么实际意义。因此通常在谈到“互连”时，就已经暗示这些相互连接的计算机是可以进行通信的，也就是说，从功能上和逻辑上看，这些计算机网络已经组成了一个大型的计算机网络，或称为互联网络，也可简称为互联网、互连网。 
　　将网络互相连接起来要使用一些中间设备（或中间系统），ＩＳＯ的术语称之为中继（relay）系统。根据中继系统所在的层次，可以有以下五种中继系统： 
　　1.物理层（即常说的第一层、层Ｌ1）中继系统，即转发器（repeater）。 
　　2.数据链路层（即第二层，层Ｌ2），即网桥或桥接器（bridge）。 
　　3.网络层（第三层，层Ｌ3）中继系统，即路由器（router）。 
　　4.网桥和路由器的混合物桥路器（brouter）兼有网桥和路由器的功能。 
　　5.在网络层以上的中继系统，即网关（gateway）. 
　　当中继系统是转发器时，一般不称之为网络互联，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而这仍然是一个网络。高层网关由于比较复杂，目前使用得较少。因此一般讨论网络互连时都是指用交换机和路由器进行互联的网络。本文主要阐述交换机和路由器及其区别。 
2　交换机和路由器 
　　“交换”是今天网络里出现频率最高的一个词，从桥接到路由到ＡＴＭ直至电话系统，无论何种场合都可将其套用，搞不清到底什么才是真正的交换。其实交换一词最早出现于电话系统，特指实现两个不同电话机之间话音信号的交换，完成该工作的设备就是电话交换机。所以从本意上来讲，交换只是一种技术概念，即完成信号由设备入口到出口的转发。因此，只要是和符合该定义的所有设备都可被称为交换设备。由此可见，“交换”是一个涵义广泛的词语，当它被用来描述数据网络第二层的设备时，实际指的是一个桥接设备；而当它被用来描述数据网络第三层的设备时，又指的是一个路由设备。 

　　我们经常说到的以太网交换机实际是一个基于网桥技术的多端口第二层网络设备，它为数据帧从一个端口到另一个任意端口的转发提供了低时延、低开销的通路。 
　　由此可见，交换机内部核心处应该有一个交换矩阵，为任意两端口间的通信提供通路，或是一个快速交换总线，以使由任意端口接收的数据帧从其他端口送出。在实际设备中，交换矩阵的功能往往由专门的芯片（ＡＳＩＣ）完成。另外，以太网交换机在设计思想上有一个重要的假设，即交换核心的速度非常之快，以致通常的大流量数据不会使其产生拥塞，换句话说，交换的能力相对于所传信息量而无穷大（与此相反，ＡＴＭ交换机在设计上的思路是，认为交换的能力相对所传信息量而言有限）。 
　　虽然以太网第二层交换机是基于多端口网桥发展而来，但毕竟交换有其更丰富的特性，使之不但是获得更多带宽的最好途径，而且还使网络更易管理。 
　　而路由器是ＯＳＩ协议模型的网络层中的分组交换设备（或网络层中继设备），路由器的基本功能是把数据（ＩＰ报文）传送到正确的网络，包括： 
　　1.ＩＰ数据报的转发，包括数据报的寻径和传送； 
　　2.子网隔离，抑制广播风暴； 
　　3.维护路由表，并与其他路由器交换路由信息，这是ＩＰ报文转发的基础。 
　　4.ＩＰ数据报的差错处理及简单的拥塞控制； 
　　5.实现对ＩＰ数据报的过滤和记帐。 

　　对于不同地规模的网络，路由器的作用的侧重点有所不同。 
　　在主干网上，路由器的主要作用是路由选择。主干网上的路由器，必须知道到达所有下层网络的路径。这需要维护庞大的路由表，并对连接状态的变化作出尽可能迅速的反应。路由器的故障将会导致严重的信息传输问题。 

　　在地区网中，路由器的主要作用是网络连接和路由选择，即连接下层各个基层网络单位－－园区网，同时负责下层网络之间的数据转发。 

　　在园区网内部，路由器的主要作用是分隔子网。早期的互连网基层单位是局域网（ＬＡＮ），其中所有主机处于同一逻辑网络中。随着网络规模的不断扩大，局域网演变成以高速主干和路由器连接的多个子网所组成的园区网。在其中，处个子网在逻辑上独立，而路由器就是唯一能够分隔它们的设备，它负责子网间的报文转发和广播隔离，在边界上的路由器则负责与上层网络的连接。 
　　3　第二层交换机和路由器的区别 

　　传统交换机从网桥发展而来，属于ＯＳＩ第二层即数据链路层设备。它根据ＭＡＣ地址寻址，通过站表选择路由，站表的建立和维护由交换机自动进行。路由器属于ＯＳＩ第三层即网络层设备，它根据ＩＰ地址进行寻址，通过路由表路由协议产生。交换机最大的好处是快速，由于交换机只须识别帧中ＭＡＣ地址，直接根据ＭＡＣ地址产生选择转发端口算法简单，便于ＡＳＩＣ实现，因此转发速度极高。但交换机的工作机制也带来一些问题。 

　　1.回路：根据交换机地址学习和站表建立算法，交换机之间不允许存在回路。一旦存在回路，必须启动生成树算法，阻塞掉产生回路的端口。而路由器的路由协议没有这个问题，路由器之间可以有多条通路来平衡负载，提高可靠性。 

　　2.负载集中：交换机之间只能有一条通路，使得信息集中在一条通信链路上，不能进行动态分配，以平衡负载。而路由器的路由协议算法可以避免这一点，ＯＳＰＦ路由协议算法不但能产生多条路由，而且能为不同的网络应用选择各自不同的最佳路由。 

　　3.广播控制：交换机只能缩小冲突域，而不能缩小广播域。整个交换式网络就是一个大的广播域，广播报文散到整个交换式网络。而路由器可以隔离广播域，广播报文不能通过路由器继续进行广播。 

　　4.子网划分：交换机只能识别ＭＡＣ地址。ＭＡＣ地址是物理地址，而且采用平坦的地址结构，因此不能根据ＭＡＣ地址来划分子网。而路由器识别ＩＰ地址，ＩＰ地址由网络管理员分配，是逻辑地址且ＩＰ地址具有层次结构，被划分成网络号和主机号，可以非常方便地用于划分子网，路由器的主要功能就是用于连接不同的网络。 

　　5.保密问题：虽说交换机也可以根据帧的源ＭＡＣ地址、目的ＭＡＣ地址和其他帧中内容对帧实施过滤，但路由器根据报文的源ＩＰ地址、目的ＩＰ地址、ＴＣＰ端口地址等内容对报文实施过滤，更加直观方便。 

　　6.介质相关：交换机作为桥接设备也能完成不同链路层和物理层之间的转换，但这种转换过程比较复杂，不适合ＡＳＩＣ实现，势必降低交换机的转发速度。因此目前交换机主要完成相同或相似物理介质和链路协议的网络互连，而不会用来在物理介质和链路层协议相差甚元的网络之间进行互连。而路由器则不同，它主要用于不同网络之间互连，因此能连接不同物理介质、链路层协议和网络层协议的网络。路由器在功能上虽然占据了优势，但价格昂贵，报文转发速度低。 

　　近几年，交换机为提高性能做了许多改进，其中最突出的改进是虚拟网络和三层交换。 

　　划分子网可以缩小广播域，减少广播风暴对网络的影响。路由器每一接口连接一个子网，广播报文不能经过路由器广播出去，连接在路由器不同接口的子网属于不同子网，子网范围由路由器物理划分。对交换机而言，每一个端口对应一个网段，由于子网由若干网段构成，通过对交换机端口的组合，可以逻辑划分子网。广播报文只能在子网内广播，不能扩散到别的子网内，通过合理划分逻辑子网，达到控制广播的目的。由于逻辑子网由交换机端口任意组合，没有物理上的相关性，因此称为虚拟子网，或叫虚拟网。虚拟网技术不用路由器就解决了广播报文的隔离问题，且虚拟网内网段与其物理位置无关，即相邻网段可以属于不同虚拟网，而相隔甚远的两个网段可能属于不同虚拟网，而相隔甚远的两个网段可能属于同一个虚拟网。不同虚拟网内的终端之间不能相互通信，增强了对网络内数据的访问控制。 

　　交换机和路由器是性能和功能的矛盾体，交换机交换速度快，但控制功能弱，路由器控制性能强，但报文转发速度慢。解决这个矛盾的最新技术是三层交换，既有交换机线速转发报文能力，又有路由器良好的控制功能。 

　　4　第三层交换机和路由器的区别 

　　在第三层交换技术出现之前，几乎没有必要将路由功能器件和路由器区别开来，他们完全是相同的：提供路由功能正在路由器的工作，然而，现在第三层交换机完全能够执行传统路由器的大多数功能。作为网络互连的设备，第三层交换机具有以下特征： 

　　1.转发基于第三层地址的业务流； 

　　2.完全交换功能； 

　　3.可以完成特殊服务，如报文过滤或认证； 

　　4.执行或不执行路由处理。 

　　第三层交换机与传统路由器相比有如下优点： 

　　1.子网间传输带宽可任意分配：传统路由器每个接口连接一个子网，子网通过路由器进行传输的速率被接口的带宽所限制。而三层交换机则不同，它可以把多个端口定义成一个虚拟网，把多个端口组成的虚拟网作为虚拟网接口，该虚拟网内信息可通过组成虚拟网的端口送给三层交换机，由于端口数可任意指定，子网间传输带宽没有限制。 

　　2.合理配置信息资源：由于访问子网内资源速率和访问全局网中资源速率没有区别，子网设置单独服务器的意义不大，通过在全局网中设置服务器群不仅节省费用，更可以合理配置信息资源。 

　　3.降低成本：通常的网络设计用交换机构成子网，用路由器进行子网间互连。目前采用三层交换机进行网络设计，既可以进行任意虚拟子网划分，又可以通过交换机三层路由功能完成子网间通信，为此节省了价格昂贵的路由器。 

　　4.交换机之间连接灵活：作为交换机，它们之间不允许存在回路，作为路由器，又可有多条通路来提高可靠性、平衡负载。三层交换机用生成树算法阻塞造成回路的端口，但进行路由选择时，依然把阻塞掉的通路作为可选路径参与路由选择。 

　　5　结论 

　　综上所述，交换机一般用于ＬＡＮ－ＷＡＮ的连接，交换机归于网桥，是数据链路层的设备，有些交换机也可实现第三层的交换。路由器用于ＷＡＮ－ＷＡＮ之间的连接，可以解决异性网络之间转发分组，作用于网络层。他们只是从一条线路上接受输入分组，然后向另一条线路转发。这两条线路可能分属于不同的网络，并采用不同协议。相比较而言，路由器的功能较交换机要强大，但速度相对也慢，价格昂贵，第三层交换机既有交换机线速转发报文能力，又有路由器良好的控制功能，因此得以广播应用。 

数据中心中铜缆和光纤的选择

在数据中心比较铜缆和光纤的选择

在大多数数据中心的设计中通常会同时使用铜缆和光纤基础设施。本文建议应该基于数

据中心期望达到的应用对每一种都进行慎重考虑，而不是说一个要取代另一个。因为网络设

备和布线方案具有不同的性能，应该做个透彻的分析，以最符合成本效益的数据中心的基础

设施，来最大限度地提高您的投资回报率。

电源和冷却效率

有若干因素促使数据中心决策者决定对目前的数据中心进行修改，补充，迁移或合并。

电源和冷却系统是两个较重要的因素。在许多传统的数据中心，老式的空气处理装置以每吨

冷却所用的电力（千瓦/吨）来衡量，运作最佳时效率大约80 ％。较新的装置根据制造商和

型号不同运作在95-98 ％的效率之间。在某些情况下，为了获得新装置的高效能，公司注

销旧的设备更具成本效益。

但对于任何冷却设备，除冷却装置本身之外的条件也可以对效率有重大影响。比如将废

弃的电缆从线槽中移除，以减少空气阻尼和将气流最大化，安装护栅或气动枕座以维持地板

下的静态压力，修正机柜内部的布线以减少从前到后气流的阻抗，这些简单的步骤，都是有

益的，并且迫使公司看重这些以及其他相对简单的升级，来改善电源和冷却效率。当今绿色

/生态和降低功耗使决策摇摆不定，功率消耗和冷却间的循环关系将选择网络设备重新纳入

讨论（例如：服务器，开关，SANs）。

增长的存贮和带宽趋势

除了要求更快的处理和低功耗，最近在数据保留方面立法和指令的变化（例如：萨班斯奥克

斯利法案）使驱动存储成本增高。而这些不同的行业，治理和公司的政策，毫无疑问，对存

储和数据恢复的要求正呈上升趋势。据IDC1， “2007 年共有281 exabytes 的信息，或者说

地球上的每个人约有45 GB” 。对于数据中心的任何其他设备，拥有和传递的数据越多，就

需要更多的带宽。为了支持更快的通讯，有越来越多的超高速数据传输协议和布线基础设施，

每个都对电源和物理接口有不同的要求。

为满足这些不断增加的对数据中心带宽的需求，基于平衡双绞线布线，双芯同轴布线和光纤

布线的10 Gb / s 应用越来越多。市场研究公司Dell'Oro 集团预测，到2010 年，基于铜缆的10 GbE 将占到8.8M 10GbE 设置的42 ％。一项Linley Group 的研究表示： “ … …到2009

年，我们预测10 GbE 出货量将远远超过一百万个端口。快速增长的刀片服务器市场将带动

10 GbE 交换机的需求。在物理层，10 GbE 市场会经过几个过渡。 。 。包括向10GBASE -

T 铜缆的转变“ 。

10Gb/s 的基础设施选项

有几个布线方案可以选择，这些方案都可以完成10Gb/s。InfiniBand 是其中一种选择。

InfiniBand 单一的最大优势是，它有远远低于TCP / IP 和基于以太网应用的响应时间（约1

微秒），这归功于在传输协议这方面的开销少得多。 InfiniBand 不仅在存储领域的集群和

网格运算环境中日益普及，并且是一个低延迟，高性能的局域网互连，每端口的平均功率消

耗大约为五瓦特。

一个单一的InfiniBand 通道是2.5Gb /秒，4 通道可以在SDR（单数据率）模式下达到

10Gb /s 和在DDR（双数据速率）模式下达到20Gb/s。InfiniBand 的接口包括双芯同轴（CX4）

型连接器和光纤连接器：现在即使是平衡的双绞线布线也由Annex A54 支持。当今最主要的

InfiniBand 连接器还是采用一个4×（4 通道）或12×（12 通道）串行通信的双芯同轴。这些

应用视制造商不同限制在3--15 米间，这对某些数据中心而言可能是一个限制因素。光纤

InfiniBand 的消耗大约每端口1 瓦特，但每端口的成本却是平衡的双绞线端口的大约2 倍。

有源电缆组件可以将铜缆CX4 转换为光纤接口并且将距离从3-15 米增加至300 米，但这是

这是一项昂贵的选项，并增加了一个额外的故障点，同时在每个电缆末端引入了响应滞后。

CX4 InfiniBand 电缆的一个缺点就是直径太小，其30AWG 电缆的直径是0.549 厘米（内径

0.216），而一般24AWG 电缆的直径是0.909 厘米（内径0.358）。

随着IEEE 802.3an 标准的发行，平衡双绞线布线（10GBASE - T）的10 Gb / s 是增长速

度最快的，并且有望成为10 GbE 最广泛采用的选择。标准中对6a 类/class EA 和7 类/class F

或7a 类/classFA 这些布线系统指定了短距离模式，因为它们比现有的6 类布线有更好的衰减

性和串扰性能。高性能布线使得短距离模式下（30 米以下）PHY 设备的降低功耗得到简化。

相比较6 类或者更长的EA 级， F 级或FA 级，电力补偿（低功率模式）是降低电力消耗的

一种选择。依制造商而定，数据中心中连接距离小于或等于30 米的可以节省预计约50 ％

的电源。

IEEE 802.3 10GBASE-T 标准指定了一个目标，“ 10GBASE-T PHY 设备将计划满足适用

于以前先进的以太网标准的3 倍成本10 倍性能的指导方针” 。这意味着，当平衡双绞线兼

容的电子产品不仅仅是在商业上可用，而是在商业上可以负担得起的，相对光纤兼容的电子

产品的成本，它将在一个非常有吸引力的价格点上提供多种速度。由于维修费用是基于原始

设备购买价的，不仅首次安装成本较低，后期维修的成本也将更低。第一代平衡双绞线兼容

的电子芯片的响应时间已经比书面标准规定的将近2.5 微秒更快了。

在1Gb/s 的速度下，平衡双绞线兼容的电子产品比光纤提供更好的响应速度; 但是若考

虑10Gb/s 的响应速度，目前光纤组件比平衡双绞线兼容的10GBASE-T 电子产品有更好的

表现，但是也达不到10Gb/s infiniband/CX4 的效果。不过，未来一代的铜缆交换机的

10GBASE-T 的芯片可能会改变这个现状。在光传输中有一点很重要的是，为了有助于响应

速度，设备需要执行从电到光的转换。

平衡双绞线仍然在大多数数据中心的布线连接中占主导地位。根据最近一项BSRIA 新

闻发布： “ ...调查结果突出了在数据中心更高速度的激增; 10G 铜缆布线类别的广泛的选

择，特别是屏蔽; 数量上铜缆/光纤的比例是58:42。75 ％的受访者在计划选择铜缆布线作

为他们10G 链接时选用屏蔽布线，采用6 类， 6a 类和7 类的比例基本相同。目前OM3 在

美国的数据中心有一个相对较低的比例。光纤选择仍然是和成本紧密有关，但看起来受到一些高端应用的牵引，比如希望未来可支持100G 的和那些不愿意等待10Gb/s 或40Gb/s 铜缆

接口设备出现的。”

以光纤为基础的10Gb/s 应用虽然在设计之初是为了提供主干的应用,并且作为多个千兆

链接的聚合，目前仍是10GbE 最成熟的选择。当所服务的主干链路超过90 米长时,光纤更

长的延伸范围造成了光纤电子设备的额外费用。但利用光纤对较短的数据中心布线时会导致

成本过高。

平衡双绞线电缆和光纤布线混合在数据中心是常见的做法。在数据中心使用的最常见的

10 千兆以太网光纤传输是10GBASE -SR。它将根据所安装的不同类型光纤布线支持不同的

距离。对于OM1 光纤（例如，FDDI 级62.5/125 μm 的多模光纤），距离被限制到28 米。

对于激光优化OM3 级50/125 μm（500/2000）多模光纤，距离跃变到300 米，并即将证明支

持目前正在发展的IEEE 下的40G 和100 Gb/s 应用。

为了增加OM1 光纤的距离发布了另外两个光纤标准。10GBASE-LX4 和10GBASE-LRM

将允许的距离增加到300 米和220 米。但必须注意的是， LX4 和LRM 电子设备相对于它

们的SR 类似设备来说比较昂贵，并在大多数情况下，将您的光纤电缆升级为激光优化多模

光纤（OM3）是更便宜的选择，并且不会由于费用较高的LX4 和LRM 电子设备而导致维

修费用的抬高。

10 Gb/s 基础设施选项从1GB/s 到10Gb/s 的进展

在许多情况下，将光纤和平衡双绞线电缆从1GB/s 升级到10Gb /s 都需要改变以太网交

换机，因为老式的交换机结构不支持多重的10Gb/s 端口。在选择平衡双绞线或光纤来升级

到10GbE 之前，应先确保电力，冷却系统以及布线可用空间是足够的。这项分析还应该包

括初期安装费用和后期的运作及维修费用。

目前10Gb/s 交换机的功率消耗是平衡双绞线与光纤布线在数据中心成本分析对比中的

一个主要因素。第一代10GBASE-T 芯片运行时每端口10--17 瓦特，对10GBASE-T PHY 的

制造商来说，低功耗是一个目标，也是一个挑战。无疑下一代芯片像InfiniBand 端口一样可

望有更低的功耗需求，或大约有第一代的一半。同样我们今天所看到的，对于千兆以太网，

从第一代芯片到目前的技术， 功率从六瓦特每端口到0.4 瓦特每端口，下降了94％。最近

公布的Aquantia 的5.5 瓦特每端口的10GBASE - T 的芯片可支持这个。

需要进一步指出的是，IEEE 正工作在能源效率的以太网（802.3az）技术下，这将使链

路在闲置期间自动下降到较低的速度水平——这种能力使从10Gb/s 到1 Gb/s，甚至以后更

低的速度时功耗降低估计85％。当能源效率以太网应用到下一代10GBASE-T 的芯片，每

24 小时的平均输出功率将会更小。由于光纤不能自动转变，这个潜在的节省电源模式不适

用于光纤。

由于光纤电子不能自动转变，从1000BASE-xx 到10GBASE-xx 的转变需要硬件的变化。

对比之下，1GbE 和10GbE 都可以由10GBASE-T 平衡双绞线兼容的设备支持。硬件的变化，

造成停机时间并缩短了网路硬件投资的生命周期。10GbE 光纤通信有几个选项。每一个都

有不同的范围，波长和光纤媒体的类型。下表显示了各种平衡双绞线和光纤数据中心应用的

端到端的成本比较，包括三年维修合约费用。

虚拟化的好处

有了虚拟化，无论界面是否使用，效率都会进一步提高。今天一个刀片连接8-10 个虚

拟服务器成为可能。这也就是说，8-10 个服务器将用8-10 个千兆位端口于一级网络， 8-10

个于二级网络，8-10 个键盘-视频-鼠标（KVM）连接， 8-10 个管理或远程监控连接， 8-10

套电力供应， 8-10 套存储连接等等。使这个总额下降到一台服务器，一组电源供应器，一

组网络连接和一组存储，这同时吸引了地产和资本支出。然而，为了做到这一点，网络需要

有足够的吞吐量。在电力上的整体成本减少是驱动虚拟化的一个重要因素。

上述数字不包括机架成本，电力供应，管理模块等。以上所列价格只是基于公开发布可

得到的价格基础上的。个人配置的交换机底板和类型会有所不同。基于InfiniBand 的10

GBASE – CX4 应用的双芯同轴并不适用结构化布线系统。这些电缆组件通常购买自设备制

造商，并且距离限制在15 米。10GBASE-CX4 和Infiniband 的费用包括CX4 电缆组件的平

均成本。

如前所述，光纤从1 Gb/s 到10 Gb/s 的转变需要硬件的变化。假设SR 模块被用于两个

应用程序， 如今的1000BASE-SR 安装启用升级为将来的10GBASE-SR 的费用将包括这两

个系统，总共$1,824.39 + $5,746.64 – $381.64 = $7,189.39，假设已安装了一个可用的光纤通

道（$381.64），并且它将重复使用。对于10GBASE-T，因为它能够支持1GB/s 和10Gb/s ，

并假设基于标准的3 倍成本10 倍性能，一个单一的支持两种速度的端到端的渠道价值

$2,094.34。比起光纤的$7,189.39，这将节省71％的费用，相当于节省$5,095.05。

现阶段，一个有500 个10Gb/s 可用端口，使用1000BASE-SR 并计划升级到10GBASE-SR

的数据中心，总成本包括设备的升级（不包括机架，停机时间或人工费）大约在350 万美元。

同样使用自动电源的10GBASE – T 基于铜缆的装备大约为100 万美元。这就表示如果换为

使用平衡双绞线布线的10GBASE-T，将节约大约250 万美元。

毫无疑问，许多专家一致认为，相当长的时间内，平衡双绞线布线仍将是一个主导的解

决方案。现实中大多数数据中心，以太网通信将混合使用平衡双绞线和光纤。光纤将继续保

持其在数据中心存储中的应用，还有距离超过百米的，或为那些通过较高的预算来保证将来

支持100 Gb/s 应用的用户中的使用。

40G/100G Market----study.

需求动力：

大型的数据和交换中心

文件和存储虚拟化

高分辨率的图像和视频

 

40G/100G solution:

Ethernet

Sonet

Infiniband

Fiberchannel

他们采用相似的FPGA、Serdes和编码技术，这使得任何协议所对应的设备都难以通过量产来获得成本优势，所以他们将共同竞争这个市场。

而不像千兆以太网淘汰Token Ring，FDDI和ATM一样再淘汰其他协议，是因为他很好的价格优势！

Fibre Channel

Fibre Channel, or FC, is a gigabit-speed network technology primarily used for storage networking. Fibre Channel is standardized in the T11 Technical Committee of the InterNational Committee for Information Technology Standards (INCITS), an American National Standards Institute (ANSI)–accredited standards committee. It started use primarily in the supercomputer field, but has become the standard connection type for storage area networks (SAN) in enterprise storage. Despite common connotations of its name, Fibre Channel signaling can run on both twisted pair copper wire andfiber-optic cables.

Fibre Channel Protocol (FCP) is a transport protocol (similar to TCP used in IP networks) which predominantly transports SCSI commands over Fibre Channel networks.

Fibre Channel started in 1985, with ANSI standard approval in 1994, as a way to simplify the HIPPI system then in use for similar roles. HIPPI used a massive 50-pair cable with bulky connectors, and had limited cable lengths. Fibre Channel was primarily concerned with simplifying the connections and increasing distances, as opposed to increasing speeds. Later, designers added the goals of connecting SCSI disk storage, providing higher speeds and far greater numbers of connected devices.

It also added support for any number of "upper layer" protocols, including SCSI, ATM, and IP, with SCSI being the predominant usage.

Fibre Channel Variants

NAME	Line-Rate (Gbps)	Throughput ( MBps)
1GFC	1.0625	100
2GFC	2.125	200
4GFC	4.25	400
8GFC	8.5	800
10GFC Serial	10.51875	1000
20GFC	10.52	2000
10GFC Parallel	12.75

Fibre Channel topologies

There are three major Fibre Channel topologies, describing how a number of ports are connected together. A port in Fibre Channel terminology is any entity that actively communicates over the network, not necessarily a hardware port. This port is usually implemented in a device such as disk storage, an HBA on a server or a Fibre Channel switch.

• Point-to-Point (FC-P2P). Two devices are connected back to back. This is the simplest topology, with limited connectivity.

• Arbitrated loop (FC-AL). In this design, all devices are in a loop or ring, similar to token ring networking. Adding or removing a device from the loop causes all activity on the loop to be interrupted. The failure of one device causes a break in the ring. Fibre Channel hubs exist to connect multiple devices together and may bypass failed ports. A loop may also be made by cabling each port to the next in a ring.
  • A minimal loop containing only two ports, while appearing to be similar to FC-P2P, differs considerably in terms of the protocol.

• Switched fabric (FC-SW). All devices or loops of devices are connected to Fibre Channel switches, similar conceptually to modern Ethernet implementations. Advantages of this topology over FC-P2P or FC-AL include:
  • The switches manage the state of the fabric, providing optimized interconnections.
  • Multiple pairs of ports may communicate simultaneously.
  • Failure of a port is isolated and should not affect operation of other ports.

Attribute	Point-to-Point	Arbitrated loop	Switched fabric
Max ports	2	127	~16777216 (224)
Address size	N/A	8-bit ALPA	24-bit port ID
Side effect of port failure	N/A	Loop fails (until port bypassed)	N/A
Mixing different link rates	N/A	No	Yes
Frame delivery	In order	In order	Not guaranteed
Access to medium	Dedicated	Arbitrated	Dedicated

Fibre Channel layers

Fibre Channel is a layered protocol. It consists of 5 layers, namely:

• FC0 The physical layer, which includes cables, fiber optics, connectors, pinouts etc.
• FC1 The data link layer, which implements the 8b/10b encoding and decoding of signals.
• FC2 The network layer, defined by the FC-PI-2 standard, consists of the core of Fibre Channel, and defines the mainprotocols.
• FC3 The common services layer, a thin layer that could eventually implement functions like encryption or RAID.
• FC4 The Protocol Mapping layer. Layer in which other protocols, such as SCSI, are encapsulated into an information unit for delivery to FC2.

FC0, FC1, and FC2 are also known as FC-PH, the physical layers of fibre channel.

Fibre Channel routers operate up to FC4 level (i.e. they may operate as SCSI routers), switches up to FC2, and hubs on FC0 only.

Fibre Channel products are available at 1 Gbit/s, 2 Gbit/s, 4 Gbit/s, 8 Gbit/s, 10 Gbit/s and 20 Gbit/s. Products based on the 1, 2, 4 and 8 Gbit/s standards should be interoperable, and backward compatible. The 10 Gbit/s standard (and 20 Gbit/s derivative), however, is not backward compatible with any of the slower speed devices, as it differs considerably on FC1 level (64b/66b encoding instead of 8b/10b encoding). 10Gb and 20Gb Fibre Channel is primarily deployed as a high-speed "stacking" interconnect to link multiple switches.

Ports

FC topologies and port types

The following types of ports are defined by Fibre Channel:

• node ports
  • N_port is a port on the node (e.g. host or storage device) used with both FC-P2P or FC-SW topologies. Also known as Node port.
  • NL_port is a port on the node used with an FC-AL topology. Also known as Node Loop port.
  • F_port is a port on the switch that connects to a node point-to-point (i.e. connects to an N_port). Also known as Fabric port. An F_port is not loop capable.
  • FL_port is a port on the switch that connects to a FC-AL loop (i.e. to NL_ports). Also known as Fabric Loop port.
  • E_port is the connection between two fibre channel switches. Also known as an Expansion port. When E_ports between two switches form a link, that link is referred to as an inter-switch link (ISL).
  • EX_port is the connection between a fibre channel router and a fibre channel switch. On the side of the switch it looks like a normal E_port, but on the side of the router it is a EX_port.
  • TE_port * a Cisco addition to Fibre Channel, now adopted as a standard. It is an extended ISL or EISL. The TE_port provides not only standard E_port functions but allows for routing of multiple VSANs (Virtual SANs). This is accomplished by modifying the standard Fiber Channel frame (vsan tagging) upon ingress/egress of theVSAN environment. Also known as Trunking E_port.

• general (catch-all) types
  • Auto or auto-sensing port found in Cisco switches, can automatically become an E_, TE_, F_, or FL_port as needed.
  • Fx_port a generic port that can become a F_port (when connected to a N_port) or a FL_port (when connected to a NL_port). Found only on Cisco devices where oversubscription is a factor.
  • G_port or generic port on a switch can operate as an E_port or F_port. Found on Brocade and McData switches.
  • L_port is the loose term used for any arbitrated loop port, NL_port or FL_port. Also known as Loop port.
  • U_port is the loose term used for any arbitrated port. Also known as Universal port. Found only on Brocade switches.

(*Note: The term "trunking" is not a standard Fiber Channel term and is thereby used by vendors interchangably. For example: A trunk (an aggregation of ISLs) in a Brocade device is referred to as a Port Channel by Cisco. Whereas Cisco refers to trunking as an EISL.)

Optical carrier medium variants

Typical Fibre Channel connectors - modern LC on the left and older SC (typical for 100 Mbyte/s speeds) on the right

Media Type	Speed (Mbyte/s)	Transmitter	Variant	Distance
Single-Mode Fiber	400	1300 nm Longwave Laser	400-SM-LL-I	2 m - 2 km
	200	1550 nm Longwave Laser	200-SM-LL-V	2 m - >50 km
		1300 nm Longwave Laser	200-SM-LL-I	2 m - 2 km
	100	1550 nm Longwave Laser	100-SM-LL-V	2 m - >50 km
		1300 nm Longwave Laser	100-SM-LL-L	2 m - 10 km
		1300 nm Longwave Laser	100-SM-LL-I	2 m - 2 km
Multimode Fiber (50µm)	400	850 nm Shortwave Laser	400-M5-SN-I	0.5 m - 150m
	200		200-M5-SN-I	0.5 m - 300m
	100		100-M6-SN-I	0.5 m - 300m
			100-M6-SL-I	2 m - 175m

Modern FibreChannel devices support SFP.

Fibre Channel infrastructure

Fibre Channel switches are divided into two classes. These classes are not part of the standard, and the classification of every switch is a marketing decision of the manufacturer.

• Directors offer a high port-count in a modular (slot-based) chassis with no single point of failure (high availability).

• Switches are typically smaller, fixed-configuration (sometimes semi-modular), less redundant devices.

Brocade, Cisco and QLogic provide both directors and switches.

If multiple switch vendors are used in the same fabric (i.e. fabric is heterogeneous), the fabric will default to "interoperability mode", that is to a pure standardized Fibre Channel protocol. Some proprietary, advanced features may be disabled.

Fibre Channel Host Bus Adapters

Fibre Channel HBAs are available for all major open systems, computer architectures, and buses, including PCI andSBus. Some are OS dependent. Each HBA has a unique World Wide Name (WWN), which is similar to an Ethernet MAC addressin that it uses an Organizationally Unique Identifier (OUI) assigned by the IEEE. However, WWNs are longer (8 bytes). There are two types of WWNs on a HBA; a node WWN (WWNN), which is shared by all ports on a host bus adapter, and aport WWN (WWPN), which is unique to each port. Some Fibre Channel HBA manufacturers are Brocade, Emulex, LSI,QLogic, and ATTO Technology.