以太网再度启航迎接物联网时代的到来

作者: UdayMudoi

以太网虽然发明距今已经有40多年了，但其仍然对网络和通信系统的几乎每个方面都产生着重大影响。以太网最初是一种简单低成本的局域网(LAN)技术，如今被广泛用于负责提供全球电信、无线和互联网业务的大部分广域网(WAN)中。以太网的低成本和高性能也使它成为了许多新兴应用中的流行介质，比如存储区域网和视频传输应用。接下来，以太网还将在新兴的物联网(IoT)之中扮演重要的角色。

以太网史诗

以太网最初是施乐公司(Xerox)充满传奇色彩的PARC研究实验室在1973年开发出来的，它使用共享的同轴电缆在两台计算机之间以1Mbit/s的速度传送基于数据包的消息(图1)。在后面的30年中，以太网经历了几次革命性的变革，使其可以使用多种其它类型的铜介质和光纤介质进行通信。这些新介质加上收发器技术的发展，使得信道容量有了显著提高，部署成本也有显著的降低。


图1：Bob Metcalfe于1972年最初发明的以太网。(照片由施乐公司的PARC提供)

到20世纪末，以太网标准的领导者——城域以太网论坛(MEF)和IEEE 802.3委员会开始了一系列的改进，希望以太网能跨越广域网实现无缝工作。今天，以太网已经成为从运营商和企业到住宅客户几乎每个人的首选介质。

加快基于IP(互联网协议)的以太网基础设施的普及是通信行业中发生的其中两大主要趋势：从固定的有线连接转移到无线网络，以及对“一切皆服务(XaaS)”、也称为云服务的稳步增长需求。

移动和云网络服务主要出于对全球IP业务规模呈指数增长的需求，据思科公司(Cisco)预测，到2017年全球IP业务容量将达到1.4ZB(10亿TB)。以太网为满足对移动回传和云服务的要求提供了最具成本效益和扩展性的方式。

但以太网从LAN到WAN和数据中心的转移只是该技术实现接近全球普及目标的最新进展。在不远的将来，其多功能性和低成本优势将使其成为目前在许多工业、公用事业、交通和政府网络中仍很流行的大多数非标准传统协议最方便的升级路径。

物联网是最近才创造出来的一个用于描述机到机(M2M)网络的术语，M2M网络支持在所谓的“智能物体”和商业、工业与民用组织中依赖它们的应用之间自由交换消息。虽然物联网仍然处于发展初期，但其可以提供水表和电表、销售点终端和交通灯等现实世界对象的实时可见性和控制，因此可能给我们生活的几乎各个方面带来空前的效率和透明度。

据摩根士丹利公司(Morgan Stanley)预测，到2020年将有750亿台设备连接到物联网。不出所料的话，以太网将再次演进成为物联网的基础。

为了满足移动、云端和物联网网络的要求，以太网技术必须获得其初创者从未想过的新功能。虽然以太网最初针对LAN应用发明时具有过度的威力，但以太网有望提供的新服务以及它将面临的挑战环境将要求其下一代提供对以下三种关键功能的原生支持：确定xing服务提供、精确的时序和同步，以及安全。

可靠性和确定性性能

大多数IT和电信分析师都认为，传统企业IT网络向云大规模转移的根本原因是最近对高带宽、可靠和安全访问XaaS的需求曲线的陡升。2013年10月发布的第三年度思科全球云指数预测，2012年至2017年，全球云业务将增长4.5倍(复合年增长率为35%)。另外，2013年9月由Forrester Consulting公司开展的调查表明，超过75%的企业目前正在使用或打算使用某种云服务。

不太好理解的是，WAN向以太网基础设施的稳步转移近来很大程度上促进了云服务可用性和采纳的爆发。事实上，以太网网络的资本、部署和运营成本只是其所要替代的传统TDM(时分复用)系统的一小部分。

服务提供商(SP)同样看到了由于提供基于以太网的访问、交通运输和WAN服务而带来的显著收入增长。举例来说，据国际数据公司(IDE)发表的美国运营级以太网服务2013-2017预测报告，单单美国的以太网服务总收入就将从2013年的62亿美元增加到2016年的101亿美元。

虽然十多年来基于数据包的WAN一直在稳定地替代基于帧结构的SONET/SDH系统，但以太网服务广泛普及的主要助推力来自城域网论坛(MEF)领导的行动，这些行动定义了以太网需要来满足用户期望的额外属性，并进行了标准化。这些新属性的增加，比如标准化服务、操作管理维护(OAM)功能、服务质量(QoS)分类和可靠性要求，促使标准以太网发展为运营级以太网。

MEF成立于2001年，是电信服务提供商、有线多系统运营商(MSO)、网络设备/软件制造商、半导体供应商和测试机构组成的一个全球性行业联盟。它首先定义了运营级以太网，即现在所知的CE 1.0，从而开创了第一代标准化的运营级服务。CE 1.0建立了一个坚实的基础，在此基础上运营级以太网可以发展并在单个提供商网络上提供标准化的以太网服务。

2012年1月，在以太网已经成为无所不在的WAN基础后，MEF定义了新一代的运营级以太网：CE 2.0。CE 2.0可以在互连且受管理的网络上提供全球性的差异化应用。CE 2.0与CE 1.0的最大区别在于其对多服务类别(multi-CoS)及其互连和可管理性标准的规范(见表1)。

表1：以太网的演进。


这些标准在今天的以太网市场上尤其重要，因为每家企业都要依赖于特定的、唯一的网络服务集。企业不需要他们的网络性能有任何惊喜，也不能承受他们的服务等级协议(SLA)在不同办公地点所表现的行为有任何差异。CE 2.0可以确保企业在他们整个网络中享受一致、稳定的服务可靠性。

服务提供商监视提供给客户的任何指定服务的连接和性能这个能力就是这些新功能的一个很好的例子。内向维护端点(MEP)OAM技术的使用使得服务提供商可以远程监视直到客户位置的服务性能。这能够极大地改善检测和定位故障的能力，从而减少上门服务费和运营费用；并真正实现运营级服务。它还支持提供企业、金融和移动回传市场中需要的高利润、低损耗和低延时服务。

另外，服务提供商必须更多地与多家网络运营商合作，以便扩展他们的运营级以太网服务产品的规模和范围。多运营商服务在移动回传和全球企业服务中尤其常见。借助内向MEP OAM技术，服务提供商可以监视端到端的连接健康状态和性能，还能通过每家运营商网络实现并发监视。

运营级以太网服务提供商Masergy Communications公司最近发表的声明，进一步强调了运营级以太网对云服务的重要性在不断增加。在本例中，亚马逊选择Masergy提供对整个北美地区的亚马逊网络服务(AWS)的直接私有访问，解决与通过公用互联网访问有关的非确定性性能、降低的安全性和缺少QoS功能的挑战。

由于越来越多的企业转向使用云服务，服务提供商可以部署具有高性价比和高性能的CE 2.0兼容设备提供云服务。事实上，新一代的以太网访问设备已经采用了基于硬件的CE 2.0，因而能为寻求提供这些请求式、高性能云网络服务的服务提供商提供更高性能、更低成本的电源与更小尺寸解决方案。