高速以太网技术的发展遵循着“10倍速”的规律（10Mbps -> 100Mbps -> 1Gbps -> 10Gbps -> 100Gbps -> 400Gbps -> 800Gbps...）,并且在物理层介质和标准上不断演进。
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主流及成熟的高速以太网技术
这些技术在数据中心、企业网和运营商网络中已经得到广泛应用。
10 Gigabit Ethernet (10GbE / 10千兆以太网)
这是第一个真正意义上的“高速”以太网标准,标志着以太网进入万兆时代。
- 速率: 10 Gbps
- 关键标准: IEEE 802.3a
- 主要应用:
- 数据中心核心/汇聚层: 连接服务器和核心交换机。
- 企业骨干网: 作为园区网或大楼的主干连接。
- 城域网: 作为运营商网络的一部分。
- 物理介质:
- 光纤 (主流): 使用单模光纤（SR, LR, ER, ZR等）或多模光纤（SR）,传输距离从几百米到上百公里不等。
- 铜缆: 使用双轴电缆或CAT6A/CAT7类网线，但距离限制在100米以内,现已较少用于新部署。
40 Gigabit Ethernet (40GbE / 40千兆以太网)
为了满足数据中心内部高密度、高带宽的需求而出现，通常作为100GbE的“入口”或用于特定场景。
- 速率: 40 Gbps
- 关键标准: IEEE 802.3ba
- 主要应用:
- 数据中心叶脊架构: 连接Leaf层（接入层）和Spine层（核心层）交换机。
- 服务器连接: 为需要极高带宽的高端服务器提供连接。
- 物理介质:
- 多模光纤: 使用4根并行光纤（SR4），传输距离较短（通常在100-150米）。
- 单模光纤: 使用4根并行光纤（LR4, ER4）,传输距离可达10公里或更远。
100 Gigabit Ethernet (100GbE / 100千兆以太网)
这是当前数据中心和大型运营商网络的绝对主流，为云计算、大数据和AI提供了强大的网络基础。
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- 速率: 100 Gbps
- 关键标准: IEEE 802.3ba
- 主要应用:
- 数据中心核心: 作为Spine层交换机之间的互联,是大型数据中心的标配。
- 互联网骨干网: 连接大型数据中心和核心路由器。
- 高性能计算: 为超级计算机和AI集群提供高速数据交换。
- 物理介质:
- 单模光纤: 主流方案，使用4或10根并行光纤（如SR10, LR4, ER4, ZR）,传输距离从几十米到数百公里。
- 多模光纤: 使用10根并行光纤（SR10）,适用于短距离数据中心内连接。
新一代及前沿的高速以太网技术
这些技术代表了当前以太网技术的最高水平,正在数据中心和运营商网络中逐步部署。
400 Gigabit Ethernet (400GbE / 400千兆以太网)
为了应对AI/ML训练、5G前传/回传以及云服务带来的爆炸式流量增长而诞生。
- 速率: 400 Gbps
- 关键标准: IEEE 802.3bs
- 主要应用:
- 下一代数据中心核心: 替代100GbE成为新的Spine层互联标准。
- 超大规模数据中心: 连接数以万计的服务器,支撑AI训练等高负载应用。
- 物理介质:
- 单模光纤: 主流方案，使用8根并行光纤（DR, FR, LR8）或基于相干光技术的单波长（ZR）,传输距离从500米到80公里以上。
- 多模光纤: 使用16根并行光纤（SR16）,用于数据中心内极短距离连接。
800 Gigabit Ethernet (800GbE / 800千兆以太网)
这是目前商用化的最高速率以太网技术,进一步提升了网络密度和带宽。
- 速率: 800 Gbps
- 关键标准: 由多个IEEE 802.3cd/dt/task force标准定义
- 主要应用:
- AI/HPC集群: 为最新的GPU和AI芯片之间提供超高带宽连接,解决数据传输瓶颈。
- 超大规模数据中心骨干: 作为未来几年内数据中心的终极互联方案。
- 物理介质:
- 单模光纤: 主要通过两种方式实现：
- 并行光纤: 使用8根100G的光通道（DR8）或16根50G的光通道（FR16/DR16）。
- 单波长相干光: 使用更先进的调制技术（如QPSK-16）在一个光波长上实现800G，显著减少光纤芯数,适合长距离骨干网。
- 单模光纤: 主要通过两种方式实现：
1.6 Terabit Ethernet (1.6TbE / 1.6太比特以太网)
这还不是正式的IEEE标准，但各大网络设备商（如Cisco, Juniper, Arista, NVIDIA/Mellanox）已经发布了基于该技术的产品路线图和原型。
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- 速率: 1,600 Gbps (16 x 100G)
- 展望: 它将通过更先进的信号处理技术（如更高阶的调制格式PAM4, QAM）和更高速的SerDes（串行器/解串器）来实现，预计将在2025-2025年开始商用,以跟上AI芯片带宽增长的需求。
特殊场景的高速以太网技术
除了上述标准速率,还有一些针对特定场景优化的技术。
25 Gigabit Ethernet (25GbE / 25千兆以太网)
可以看作是10GbE和40GbE之间的“甜蜜点”,为服务器连接提供了更高性价比的升级路径。
- 速率: 25 Gbps
- 关键标准: IEEE 802.3by
- 主要应用:
- 服务器直连: 替代10GbE,成为新一代服务器网卡的标准配置。
- 交换机上行链路: 作为Leaf层交换机到Spine层的连接，4条25GbE链路可以汇聚成一条100GbE链路,提供了比40GbE更灵活的扩展能力。
- 物理介质: 主要使用双光纤（SR）或单模光纤（LR, ER）,距离灵活。
50 Gigabit Ethernet (50GbE / 50千兆以太网)
25GbE的自然演进,为需要更高带宽的服务器或交换机端口提供选择。
- 速率: 50 Gbps
- 关键标准: IEEE 802.3cd
- 主要应用:
- 服务器连接: 为高端服务器或虚拟化环境提供更高带宽。
- 交换机端口: 作为交换机端口速率的一种选择，便于向100GbE/400GbE平滑过渡（2x50GbE = 100GbE, 8x50GbE = 400GbE）。
- 物理介质: 主要使用单模光纤（DR, FR等）。
总结表格
| 技术名称 | 速率 | 主要应用场景 | 关键物理介质 |
|---|---|---|---|
| 10GbE | 10 Gbps | 数据中心接入、企业骨干 | 单模/多模光纤 |
| 25GbE | 25 Gbps | 服务器直连、交换机上行 | 单模/多模光纤 |
| 40GbE | 40 Gbps | 数据中心叶脊层（过渡） | 单模/多模光纤 |
| 50GbE | 50 Gbps | 服务器直连、交换机端口 | 单模光纤 |
| 100GbE | 100 Gbps | 数据中心核心、互联网骨干 | 单模光纤 |
| 400GbE | 400 Gbps | 下一代数据中心核心、AI集群 | 单模光纤 |
| 800GbE | 800 Gbps | AI/HPC集群、超大规模数据中心骨干 | 单模光纤 |
| 6TbE (规划中) | 1,600 Gbps | 未来AI/HPC、数据中心终极骨干 | 单模光纤 |
高速以太网技术的发展始终围绕着更高的带宽、更低的延迟、更远的传输距离和更低的每比特成本这几个核心目标,不断推动着整个信息社会的进步。
