綜述
千兆乙太網及其發展現狀
千兆乙太網千兆乙太網是建立在乙太網標準基礎之上的技術。千兆乙太網和大量使用的乙太網與快速乙太網完全兼容，並利用了原乙太網標準所規定的全部技術規範，其中包括CSMA/CD協定、乙太網幀、全雙工、流量控制以及IEEE 802.3標準中所定義的管理對象。作為乙太網的一個組成部分，千兆乙太網也支持流量管理技術，它保證在乙太網上的服務質量，這些技術包括IEEE 802.1P第二層優先權、第三層優先權的QoS編碼位、特別服務和資源預留協定（RSVP）。
千兆乙太網還利用IEEE 802.1QVLAN支持、第四層過濾、千兆位的第三層交換。千兆乙太網原先是作為一種交換技術設計的，採用光纖作為上行鏈路，用於樓宇之間的連線。之後，在伺服器的連線和骨幹網中，千兆乙太網獲得廣泛套用，由於IEEE 802.3ab標準（採用5類及以上非禁止雙絞線的千兆乙太網標準）的出台，千兆乙太網可適用於任何大中小型企事業單位。
目前，千兆乙太網已經發展成為主流網路技術。大到成千上萬人的大型企業，小到幾十人的中小型企業，在建設企業區域網路時都會把千兆乙太網技術作為首選的高速網路技術。千兆乙太網技術甚至正在取代ATM技術，成為城域網建設的主力軍。
千兆乙太網的特點
千兆乙太網的特點主要包括如下。
1．千兆位乙太網提供完美無缺的遷移途徑，充分保護在現有網路基礎設施上的投資。千兆位乙太網將保留IEEE 802.3和乙太網幀格式以及802.3受管理的對象規格，從而使企業能夠在升級至千兆性能的同時，保留現有的線纜、作業系統、協定、桌面應用程式和網路管理戰略與工具；
2．千兆位乙太網相對於原有的快速乙太網、FDDI、ATM等主幹網解決方案，提供了一條最佳的路徑。至少在目前看來，是改善交換機與交換機之間骨幹連線和交換機與伺服器之間連線的可靠、經濟的途徑。網路設計人員能夠建立有效使用高速、關鍵任務的應用程式和檔案備份的高速基礎設施。網路管理人員將為用戶提供對Internet、Intranet、城域網與廣域網的更快速的訪問。
3．IEEE 802.3工作組建立了802.3z和802.3ab千兆位乙太網工作組，其任務是開發適應不同需求的千兆位乙太網標準。該標準支持全雙工和半雙工1000Mbps，相應的操作採用IEEE 802.3乙太網的幀格式和CSMA/CD介質訪問控制方法。千兆位乙太網還要與10BaseT和100BaseT向後兼容。此外，IEEE標準將支持最大距離為550米的多模光纖、最大距離為70千米的單模光纖和最大距離為100米的銅軸電纜。千兆位乙太網填補了802.3乙太網/快速乙太網標準的不足。
千兆乙太網的構建
千兆交換機
千兆網卡
千兆乙太網在建設網路之前，究竟用千兆還是百兆，要從實際出發，從套用出發，考慮網路應該具備哪些功能。不同的套用有不同的需求，而且幾乎沒有隻有單一業務的網路。但是，在各種業務中，生產性業務肯定是優先權最高的。如果在網路中傳輸語音，那么語音業務也需要優先安排。如果對業務優先的需求很高，網路必須有QoS保證。這樣的網路必須要智慧型化，在交換機連線埠能夠識別是什麼類型的業務通過，然後對不同的業務進行排隊，為不同的業務分配不同的頻寬，這樣才能保證關鍵性業務的運行。數據業務本身是有智慧型的，不管多少頻寬都可以傳輸，只是時間長短而已，但是語音或者視頻就不一樣了，如果頻寬小了之後，馬上就聽不清楚了，或者圖像產生抖動，這都是不允許的。所以QoS非常重要。對單純的數據網路，在QoS方面的需求就很低。在規劃網路的時候，必須先了解清楚哪些功能是必須的，哪些可以不考慮。例如，目前多址廣播是比較重要的性能之一，如果需要在網路中傳輸圖像，而網路不具備多址廣播的特性，那么網路的頻寬浪費就會非常嚴重，甚至根本無法實現。
千兆乙太網國際標準
1997年1月，通過了IEEE 802.3z第一版草案；
1997年6月，草案V3.1獲得通過，最終技術細節就此制定；
1998年6月，正式批准IEEE 802.3z標準；
1999年6月，正式批准IEEE 802.3ab標準(即1000Base-T)，可以把雙絞線用於千兆乙太網中。
千兆位乙太網標準主要針對三種類型的傳輸介質：單模光纖；多模光纖上的長波雷射（稱為1000BaseLX）、多模光纖上的短波雷射（稱為1000BaseSX）；1000BaseCX介質，該介質可在均衡禁止的150歐姆銅纜上傳輸。IEEE 802.3z委員會模擬的1000BaseT標準允許將千兆位乙太網在5類、超5類、6類UTP雙絞線上的傳輸距離擴展到100米，從而使建築樓宇內布線的大部分採用5類UTP雙絞線，保障了用戶先前對乙太網、快速乙太網的投資。對於網路管理人員來說，也不需要再接受新的培訓，憑藉已經掌握的乙太網網路知識，完全可以對千兆乙太網進行管理和維護。
千兆乙太網的標準化包括編碼/解碼、收發器和網路介質三個主要模組，其中不同的收發器對應於不同的網路介質類型。1000BASE-LX基於1300nm的單模光纜標準時，使用8B/10B編碼解碼方式，最大傳輸距離為5000米。1000BASE-SX基於780nm的FibreChannel optics，使用8B/10B編碼解碼方式，使用50微米或62.5微米多模光纜，最大傳輸距離為300米到500米。連線光纖所使用的SC型光纖連線器與快速乙太網100BASE FX所使用的連線器的型號相同。1000BASE-CX是一種基於銅纜的標準，使用8B/10B編碼解碼方式，最大傳輸距離為25米。1000BASE-T基於非禁止雙絞線傳輸介質，使用1000BASE-T 銅物理層Copper PHY編碼解碼方式，傳輸距離為100米。1000BASE－T在傳輸中使用了全部4對雙絞線並工作在全雙工模式下。這種設計採用 PAM-5 (5級脈衝放大調製) 編碼在每個線對上傳輸 250Mbps。雙向傳輸要求所有的四個線對收發器連線埠必須使用混合磁場線路，因為無法提供完美的混合磁場線路，所以無法完全隔離傳送和接收電路。任何傳送與接收線路都會對設備發生回波。因此，要達到要求的錯誤率（BER）就必須抵消回波。1000BASE－T無法對頻率集中在125MHz之上的頻段進行過濾，但是使用擾頻技術和格線編碼能對80MHz之後的頻段進行過濾。為了解決5類線在如此之高的頻率範圍內因近端串擾而受到的限制，應該採用合適的方案來抵消串擾。
最初的千兆乙太網採用高速780納米光纖信道的光元件傳輸光纖上的信號，採用8B/10B的編碼和解碼方法實現光信號的串列化和復原。目前光纖信道技術的數據運行速率為1.063Gbps，將來會提高到1.250Gbps，使數據速率達到完整的1000Mbps。對於更長的連線距離，將採用1300納米的光元件。為了適應矽技術和數位訊號處理技術的發展，應在MAC層和PHY層之間制定獨立於介質的邏輯接口，以使千兆乙太網工作在非禁止雙絞線電纜系統中。這一邏輯接口將適用於非禁止雙絞線電纜系統的編碼方法，並獨立於光纖信道的編碼方法。下圖說明了千兆乙太網的組成。
如何升級至千兆乙太網
把10M、100M網路升級至千兆的條件並不多，最主要的是綜合布線條件。千兆乙太網指的是網路主幹的頻寬，要求主幹布線系統必須滿足千兆乙太網的要求。如果原來的網路覆蓋距離相隔幾百米至幾公里的多幢建築物，則原來的主幹布線一般採用的是多模或單模光纖，能夠滿足千兆主幹的要求，可以不必重新敷設光纖了。在建築物之間的距離小於550米的情況下，一般敷設價格相對低廉的多模光纖就可以滿足千兆乙太網的需要。
千兆乙太網如果原來的網路只覆蓋了一幢建築，而且最遠的網路節點與網路中心的距離不超過100米，則可以利用原來的5類或超5類布線系統。如果原來的布線系統達不到5類標準，或者採用了匯流排型布線系統而不是星型布線系統，則必須重新布5類線。
升級至千兆乙太網，首先要將網路主幹交換機升級至千兆，以提高網路主幹所能承受的數據流量，從而達到加快網路速度的目的。以前的百兆交換機作為分支交換機，以前的集線器則可以在布線點不足的地方使用。目前千兆交換機的產品已經很多，可以根據網路的要求和預算等實際情況選擇。
網路上的伺服器需要吞吐大量的數據，如果網路主幹升級至千兆，但是伺服器網卡還停留在百兆的水平上，伺服器網卡就會成為網路的瓶頸，必須使用千兆網卡才能消除這個瓶頸，解決方法是在原來的伺服器上添加千兆網卡。注意應該優先選購64位PCI的千兆網卡，其性能比普通PCI千兆網卡高一些。千兆網卡可以根據網路的要求和預算等實際情況選擇。
網路主幹升級了，網路的分支也應隨之升級。如果原來的用戶計算機已經安裝了10M/100M自適應網卡，則可以不必升級網卡，只要將網卡接到百兆交換機上就可以了；如果原來使用的是10Mbps網卡，則需要將網卡更換為10M/100M自適應網卡，這樣才能提高工作站訪問伺服器的速度。
千兆乙太網的前景預測
預計到2005年之前，數據傳輸量每年將以3倍的速度增長，並於當年超過語音傳輸量，成為全球通信網路主要的傳輸方式。面對日益增長的數據流和多媒體服務，大容量、高速率、多功能模組高端網路產品的市場規模將不斷擴大。可以預見的是，千兆乙太網交換機所占的市場份額會越來越大。隨著Internet的發展和網路上層出不窮套用的出現，萬兆乙太網將是以後的主流，但至少在近兩年內，千兆乙太網仍然是市場上的主流。
設計目標及原則概述
1.千兆乙太網技術優勢
在區域網路中為了維持直徑為200米的最大碰撞區域，最小CSMA/CD載波時間,乙太網時間片已從目前的512比特擴展到512位元組(4096比特)，最小信息包大小仍為64位元組。載波擴展特性在不修改最小包尺寸的條件下解決了CSMA/CD固有的時序問題。雖然這些改變可能會影響到小信息包的性能，然而這種影響已經被CSM/CD算法中稱作信息包突發傳送的特性所抵消。千兆位乙太網最大的優點在於它對現有乙太網的兼容性。
千兆乙太網接入系統同100M位乙太網一樣,千兆位乙太網使用與10M位乙太網相同的幀格式和幀大小,以及相同的CSMA/CD協定。這意味著廣大的乙太網用戶可以對現有乙太網進行平滑的、無需中斷的升級,而且無需增加附加的協定棧或中間件。同時,千兆位乙太網還繼承了乙太網的其它優點,如可靠性較高,易於管理等。
千兆乙太網相比其他技術具有大頻寬的優勢，並且仍具有發展空間，有關標準組織正在制定10G乙太網絡的技術規範和標準。同時基於乙太網幀層及IP層的優先權控制機制和協定標準以及各種QoS支持技術也逐漸成熟，為實施要求更佳服務質量的套用提供了基礎。伴隨光纖製造和傳輸技術的進步，千兆位乙太網的傳輸距離可達百公里，這使得其逐漸成為構建城域網乃至廣域網路的一種技術選擇。
主幹採用千兆乙太網的好處在於：千兆位乙太網將提供10倍於快速乙太網的性能並與現有的10/100 乙太網標準兼容。同時為10/100/1000 Mbps 開發的虛擬網標準 802.1Q以及優先權標準 802.1p 都已推廣，千兆網已成為構成網路主幹的主流技術。
1998 年六月已制定完成的第一個千兆位乙太網標準 802.3 以使用光纖線纜和短程銅線線纜的全雙工連結為對象。針對半雙工和遠程銅線線纜的標準 802.3ab 於 1999 年內出台。
千兆位乙太網將提供完美無缺的遷移途徑，充分保護在現有網路基礎設施上的投資。千兆位乙太網將保留802.3和乙太網幀格式以及 802.3 受管理的對象規格，從而將使企業能夠在升級至千兆性能的同時，保留現有的線纜、作業系統、協定、桌面應用程式和網路管理戰略與工具。
千兆位乙太網相對於原有的快速乙太網、FDDI、ATM等主幹網解決方案，提供了另一條改善交換機與交換機之間骨幹連線和交換機與伺服器之間連線的可靠、經濟的途徑。網路設計人員將能夠建立有效使用高速、任務關鍵的應用程式和檔案備份的高速基礎設施。網路管理人員將為用戶提供對Internet、Intranet、城域網與廣域網的更快速的訪問。
千兆位產品提供商，具有完整的千兆乙太網產品線，可契合用戶需求提供完整的解決方案。從核心的網路主幹交換機到邊緣的客戶機伺服器千兆接入，有針對用戶需求設計的高性能的產品。千兆乙太網交換機的部署，是一個非常引人注目的技術。目前,許多廠商的交換機把第2層交換和第3層交換融於一體，不論交換還是路由,都能提供至少1000萬pps的轉發速率，甚至有的產品還可達到2000萬pps。這些高性能的特點對於Intranet來講已顯得非常重要，因為傳統的區域網路流量80/20自然法則(即80%的流量在本地工作組網路內和20%的流量流向骨幹網)已經過時。
千兆乙太網高速的多層數據包轉發能力是千兆乙太網技術能提供最好的性能價格比的有力例證。不僅如此，千兆乙太網技術對於降低網路的長期擁有成本也是大有裨益的。
2.千兆網交換技術
從1996年底開始，有些公司陸續推出集成了第2層交換和第3層路由的交換機產品,這種技術稱之為“多層交換(multilayer switching)”。它為第2層交換技術增加了路由層服務，支持有選擇的廣播和組播抑制，支持VLAN及VLAN之間的數據包轉發和防火牆功能，全面支持TCP/IP和IPX路由。
經過將近4年時間的發展，這些功能不斷地得到了完善和加強,使得多層交換機比傳統的路由器的性能價格比高出8至16倍。而新一代多層交換機以千兆以太交換技術為核心, 可以提供更加吸引人的性能價格比，是部門級網路和數據中心網路中替代傳統路由器的最理想的可以提供多層交換的交換機。同時,其直接傳輸距離目前已達到130公里，完全可以實現以千兆乙太網為骨幹的大的企業區域網路，骨幹傳輸速率為2Gbps(全雙工模式)。
推動技術發展的主要因素推動高速多層交換技術發展的最大因素是採用廉價的10/100M自適應網卡的Internet和Intranet的大量部署。目前的網路已經離傳統的c/s計算模式的層次結構越來越遠，傳統的c/s模式的80/20流量法則已成為過去。在網路設計方面, 傳統的路由器加Hub或第2層交換機的網路部署模式也將變成歷史。
另外，Intranet支持更加複雜的和對頻寬敏感的各種多媒體數據流,如數據、檔案、圖片、動畫、聲音和視頻等。一個Intranet最終用戶對頻寬的要求至少要比非Intranet 用戶多50%～100%。同時,寬頻接入已成為發展趨勢。
另一個值得注意的問題是，為用戶提供快速乙太網連線可以提供更多的頻寬餘量來處理突發的交通量，這點是10BASE-T技術無法比擬的。突發流量是IP網路套用的特點之一。廉價和高頻寬使得快速乙太網不論在用戶端還是伺服器端都得以廣泛的套用。
為了在無阻塞和處理突發交通流量的能力之間取得平衡，新一代交換機平台必須提供高於用戶請求連線的8～16倍速率的主幹連線，而以千兆乙太網為主幹正好滿足了用戶端的快速乙太網連線的服務請求。這對於充分處理突發流量非常重要。
同時，在校園網或城域網中，不管跨越幾個網路層,對於隨機的Intranet交通量都要求提供端到端的持續不變的高性能。為了實現這一點,在一台交換機中同時具備高性能的第2層和第3層轉發能力是唯一的解決方案。
無阻塞能力和有選擇的轉發功能是用戶的主要需求。而各種非常有效的網管工具使得網路管理員能夠有效且高效地把業務策略注入轉發引擎中，其性能可以通過網管軟體實時監測。這將從根本上有助於用戶根據公司的短期和長期業務發展需要確定和交付所需的網路服務。新一代千兆乙太網交換機支持這些特點和服務，同時也支持通用的路由協定,如IP/RIP或IP/OSPF等。這也大大降低了網路設備的複雜性。
3.網路設計的目標及原則
網路系統的高性能要求核心交換機滿足網路中心海量數據交換的要求，上連中心的通訊鏈路頻寬能夠滿足套用對網路的性能要求。不管是企業網還是城域網、廣域網，其上的信息套用正以前所未有的速度發展，新的多媒體套用及新的數據套用對頻寬提出了更高的要求。以企業普遍採用Intranet網路模式來說，其 WWW 伺服器，FTP伺服器，Lotus Notes 群件套用伺服器，Novell Server等伺服器群支撐著整個企業的信息服務環境。企業各部門用戶客戶端套用軟體，透過網路訪問中心伺服器，請求套用，查詢資料庫。網路的負載流量主要是從邊緣設備到核心的數據交換，隨著企業業務的發展，網路規模的擴展，以及套用的信息交換量增加，使得企業網路通常首先在核心發生通訊瓶頸現象。改善企業園區區域網路的網路數據交換性能，往往是首先擴充核心交換機的交換性能，增加邊緣設備到核心的數據通訊頻寬，以減輕整個網路的瓶頸，使得套用軟體的性能和效率得到提高。因此在設計企業園區區域網路的原則上，首先應該考慮滿足網路規模所要求的核心設備數據交換處理能力，以及邊緣設備到核心的鏈路頻寬。
3.1可靠性與可用性
網路系統設計中的設備高可靠性和系統高可用性；要求核心交換機所有關鍵部件可以實現冗餘工作，可以線上更換(插拔)，故障的恢復時間在秒級間隔內完成。多級容錯設計基於單個設備高可靠性的基礎之上進一步提高系統的可用性。
就企業套用來說，其通過先進的計算機、網路等信息技術，實現生產過程的自動化控制，無紙辦公自動化，提高了企業的生產、管理效率和水平。支持企業套用的基礎設施是企業的園區網路，它的工作狀況會直接影響到企業的辦公套用環境，交易、生產、開發、設計等業務環境，財務管理，部品管理等環境，信息檢索、資料庫查詢、Internet瀏覽等支持企業正常運行的必要服務設施功能。網路的可靠性要求是保障企業套用環境正常運行的首要條件，網路要求可靠性的同時，要求網路具有高可用性。網路設備的選擇，尤其是核心機箱式設備，應該可以配置冗餘部件，關鍵部件不存在單一故障點，也就是說，像交換機的電源、風扇、交換引擎、管理模組這些部件可以冗餘備份，其中之一任何部件的損壞，不會影響設備的正常運行，不會影響網路的連通。提供網路設備的可靠性，容錯性的另一個要求是設備損壞部件更換時，不需要停機，更換部件後不需要重新啟動，也就是說部件的更換可以進行線上操作，這樣可以使停機的時間降低到最小。在設計企業園區網的原則上提高網路的高可靠性、高可用性原則是至關重要的，不僅要求設備的部件冗餘，同時要求網路的鏈路冗餘，可結合物理層、鏈路層及第三層技術實現，以保證網路可以在任何時間、任何地點提供信息訪問服務。
3.2可擴展性
網路設計的可擴展性要求，包括交換機硬體的擴展能力以及網路實施新套用的能力。核心交換機的靈活擴充性要求：核心交換機應該具備靈活的連線埠擴充能力，模組擴充能力，滿足網路規模的擴充；同時提高性能，滿足更高性能的要求。支持新套用的能力：產品具有支持新套用的技術準備，能構方便快捷地實施新套用。
3.3規模與用戶
在設計網路的方案時，首先是滿足現有規模的網路用戶的需求，同時考慮到未來業務發展、規模的擴大，應該設計網路具有用戶連線埠靈活的擴充能力。核心設備是整個網路的樞紐，用戶連線埠數的擴充，需要增加配線間邊緣工作組的設備，增加邊緣設備的同時，要求連線核心骨幹設備的連線埠數相應增加，因此核心設備應該可以通過增加模組來靈活地增加連線埠數。核心設備的機箱設計應該具備強大的背板頻寬，足夠多的負載插槽容量。對於交換機來說，核心交換引擎應該可以滿足最大配置下，無阻塞的進行連線埠數據包交換，模組的擴充不影響交換性能。採用分散式交換結構是實現這一原則的最佳方案，分散式交換機結構實現了交換機的並行數據交換處理，最佳化了網路的性能，本地交換和全局交換相結合的分散式結構減少了核心交換引擎的壓力。因此在設計大規模園區網路的原則上普遍採用分散式交換機實現靈活的模組、連線埠擴充能力。
3.4安全性
網路的安全性對網路設計是非常重要的，合理的網路安全控制，可以使套用環境中的信息資源得到有效的保護可以有效的控制網路的訪問，靈活的實施網路的安全控制策略。在企業園區網路中，關鍵套用伺服器、核心網路設備，只有系統管理人員才有操作、控制的權力。套用客戶端只有訪問共享資源的許可權，網路應該能夠阻止任何的非法操作。在園區網路設備上應該可以進行基於協定、基於Mac地址、基於IP位址的包過濾控制功能。在大規模園區網路的設計上，劃分虛擬子網，一方面可以有效的隔離子網內的大量廣播，另一方面隔離網路子網間的通訊，控制了資源的訪問許可權，提高了網路的安全性。在設計園區網的原則上必須強調網路安全控制能力，使網路可以任意連線，又可以從第二層、第三層控制網路的訪問。
3.5可管理性
網路的可管理性要求：網路中的任何設備均可以通過網路管理平台進行控制，網路的設備狀態，故障報警等都可以通過網管平台進行監控，通過網路管理平台簡化管理工作，提高網路管理的效率。
在進行網路設計時，選擇先進的網路管理軟體是必不可少的。網路管理軟體套用於網路的設備配置，網路拓撲結構表示，網路設備的狀態顯示，網路設備的故障事件報警，網路流量統計分析以及計費等。網管軟體的套用可以提高網路管理的效率，減輕網路管理人員的負擔。網路管理的目標是實現零管理，基於策略的管理方式，網路管理是通過制定統一的策略，由管理策略伺服器進行全局控制的。基於Web的網管界面，是網管軟體的發展趨勢，靈活的操作方式簡化了管理人員的工作。在設計園區網的設備選擇上，要求網路設備支持標準的網路管理協定SNMP，同時支持RMON/RMONII協定，核心設備要求支持 RAP (遠程分析連線埠) 協定，實施充分的網路管理功能。在設計園區網的原則上應該要求設備的可管理性，同時先進的網管軟體可以支持網路維護、監控、配置等功能。
3.6協定的標準性
網路設備採用開放技術、支持標準協定：採用標準的協定保護用戶的投資，提高設備的互操作性。網路設計所採用的設備要求採用主流技術、開發的標準協定，具有良好的互操作性，能夠支持同一廠家的不同系列產品，不同廠家的產品之間的無縫相互連線與通訊。在設計園區網路的原則上，發揮不同廠商產品的專用先進技術同時，必須強調考察設備的技術、協定的標準性，減少設備互連的問題，網路維護的費用，使用戶的投資得到有效保護。
應當考慮選擇的設備是否是可升級的，在新的標準出現以後，系統應能夠升級到新的標準。因而注重產品廠商在相應產品和技術領域內的地位和參與標準化的能力。
當今世界，通信技術和計算機技術的發展日新月異。網路設計既要適應新技術發展的潮流，保證系統的先進性，也要兼顧技術上的成熟性，降低由於新技術和新產品中不成熟因素所帶來的風險。
4.校園網解決方案
千兆位乙太網最大的優點在於它對現有乙太網的兼容性。同100M位乙太網一樣,千兆位乙太網使用與10M位乙太網相同的幀格式和幀大小,以及相同的CSMA/CD協定。這意味著廣大的乙太網用戶可以對現有乙太網進行平滑的、無需中斷的升級,而且無需增加附加的協定棧或中間件。同時,千兆位乙太網還繼承了乙太網的其它優點,如可靠性較高,易於管理等。在園區網主幹網中，目前逐步占據了主要地位。
作為校園網套用的一個特點，大部分套用對延遲及頻寬不太敏感，可以通過TCP/IP“慢啟動”機制自動識別延遲的變化，動態地適應TCP所提供的頻寬，部分套用要求實時業務傳輸支持，QoS服務保障。這部分套用目前所占比例很小，隨著教學手段現代化進程的加快，多媒體課件製作工具的逐步普及，多媒體課件的逐步豐富，該比例預期將逐步提高。IP網路傳輸實時業務的主要瓶頸是路由器採用軟體實現路由識別、計算和包的轉發，由於路由識別、數據轉發的速度慢，時延和時延抖動大，不能保證服務質量(QoS)。自1997年下半年以來，一些公司陸續推出採用硬體專用電路（ASIC）進行路由識別、計算和轉發的新型線速路由交換機。這種線速路由交換機的結構與L2交換機相似，兼有L3路由器包轉發功能和L2交換功能，有些廠商還在其中加入一些L4套用層功能。
華中科技大學千兆乙太網拓撲結構在包交換的IP網上提供QoS，必須對服務進行分類，實行分類服務（CoS）。設備生產廠商一般採用擁塞管理保證網路性能，為一些專門的業務提供所要的頻寬。一種做法是採用RED（隨機早期丟失）探測和智慧型識別流量的瞬時劇增，將其與真正的網路擁塞區別開來，以避免網路擁塞。通過從IP包頭中IPv4服務分類標識（TOS）識別服務類別（802.1P），確定該數據流的優先權，並根據某種佇列優先算法以保證QoS的能力。還可使用訪問控制表（ACL）定義策略，確定數據流的優先權。隨著技術的進步，可以預見，高速IP網路上的QoS能力將達到FR/ATM網類似的水平。
在分析比較市場上多種L2/L3/L4線速路由交換機性能、價格、服務的基礎上，選擇美國朗訊（Lucent）公司的Cajun P550R路由交換機共11台，作為校園網主幹交換機。其主要技術、性能指標為：
背板能力 45.76 Gbps
交換吞吐能力 22.88 Gbps
第2層交換能力 33,000,000 pps
第3層交換能力18,000,000 pps
多種L2/L3接口模組
冗餘風扇、電源
OpenTrunk/VLAN互操作性
CoS/QoS/RSVP支持
在網路設計中，主幹交換機彼此之間通過千兆位乙太網互連。所有交換機均配置L3交換引擎，實施分散式的路由策略，從而降低對中心交換機L3路由解析、包轉發的壓力並控制廣播域的範圍。網路設計和設備配置中仔細地考慮了設備與線路及路由的物理與邏輯冗餘、網路中心伺服器群的防火牆設定及安全策略。
1000Base-T技術
隨著國家《千兆比乙太網交換機設備技術規範》的發布，一時間，千兆乙太網技術的套用得到了突飛猛進的發展。
1000Base-T(在第五類雙絞線上實現的千兆乙太網)由於以下幾個原因成為網路管理人員的最佳選擇之一。首先，它主要滿足現有網路中出現的對頻寬飛速增長的需求；其次，在這些網路中，新興的套用不斷出現，而在網路邊緣交換機也不斷增加。千兆乙太網可以保護公司在乙太網和快速乙太網的設施上已有的投資；第三，它能夠提供一種簡單、有效而又廉價的性能提升辦法，同時又能繼續使用大量現有的水平線纜傳輸介質。
1000Base-T技術原理
（1）千兆乙太網傳輸媒介規範
千兆乙太網可以利用現有的線纜設施，從而它獲得了良好的性能價格比。它可以在樓層內、樓內和園區內的網路上採用，因為它可以支持多種連線媒體和大範圍的連線距離。特別是，千兆乙太網可以在下列四種媒質上運行:光纖，最大連線距離至少可達5公里； 模光纖，最大連線距離至少550米； 平衡、禁止銅纜，最大連線距離至少25米； 五類線，最大連線距離至少100米。
IEEE 802.3z千兆乙太網標準於1998年6月獲得批准，它為三種傳輸媒質定義了三種收發器: 1000Base-LX、1000Base-SX和1000Base-CX。其中，1000Base-LX用於安裝單模光纖，1000Base-SX用於安裝多模光纖，1000Base-CX用於平衡、禁止銅纜，它可以用於機房的互連。1000Base-LX的收發器也可以用於多模光纖，其傳送距離至少可達550米。
千兆乙太網分層
另一個特別工作小組，IEEE 802.3ab已經定義了在5類線的基礎上運行千兆乙太網的物理層。IEEE標準化委員會在1999年6月批准了1000Base-T標準。1000Base-T可以繼續使用現有的線纜設施，它規定在5類線上的傳輸距離最遠可達100米。
1000Base-T的其他一些重要規範使其成為一種價格低廉、不易被破壞並具有良好性能的技術。首先，它支持乙太網MAC，而且可以後向兼容10/100Mbps乙太網技術；其次，很多的1000Base-T產品都將支持100/1000自動協商功能，1000Base-T因此可以直接在快速乙太網絡中通過升級實現；第三，1000Base-T是一種高性能技術，它每傳送100億比特，其中錯誤的數據位不會超過一個（誤比特率低於10-10，這與100Base-T的誤比特率相當）。
(2）1000Base-T線纜規範
1000Base-T規定可以在五類平衡雙絞線上傳送數據。在ANSI/EIA/TIA-568-A(1995)中規定了其所採用的四對五類雙絞線的性能。其他的鏈路性能參數(回程損耗和ELFEXT)在TIA/EIA-TSB-95中有規定。五類線的標準在ISO/IEC 11801:1995中有規定(“信息技術:用戶前端設備的通用線纜”)。ISO/IEC 11801:1995的第二版則規定了一些其他的線纜性能參數，以便支持千兆乙太網。
（3）1000Base-T物理結構
1000Base-T是專門為在五類雙絞線上傳送數據而設計的。1Gbps的傳送速率可以等效地看作在四對雙絞線上，每對的傳送速率為250Mbps (250Mbps×4=1Gbps)。
1000Base-T與100Base-T採用相同的傳送時鐘頻率(125MHz)，但是利用了一種更加強大的信號傳輸和編/解碼方案，該方案可以在鏈路上較100Base-T多傳送一倍的數據。下面是對這兩種技術規範的比較:
1000Base-T:125MHz×2比特=250Mbps
1000Base-TX:125MHz×2比特-符號=125M比特-符號/s
請注意:125M比特-符號/s等效於100Mbps，因為1000Base-T採用一種4B/5B編碼-在將信號放到線纜上進行傳輸之前，每4比特的數據被轉換成5比特-符號；此有效的比特傳送速率為:125×4/5=100Mbps。
（4）1000Base-T千兆位乙太網的編碼
IEEE802.3ab為了高性價比地使用4對5類UTP，不採用8B/10B編碼，而在MAC子層和PHY層定義一個邏輯接口，允許引入更高性價比的編碼方案。由於可用頻寬的限制，顯然每對5類UTP取不超過125Mbaud（5類UTP在62.5MHz時，其ACR為30.6dB）為宜。還考慮到能覆蓋28=256，且最大限度地減少多元制的符號位數，所以取五級（quinary）編碼，即8B/4Quinary。這樣，（1000/4）×（4/8）=125Mbaud能夠滿足可有頻寬的限制。
若採用四級（quartemary）編碼，亦可滿足上述需求，且同樣能覆蓋28=256，但五級（quinary）編碼中冗餘的一級可用於對另外四級的糾錯碼。
千兆位乙太網聯盟最近的1000Base-T白皮書建議採用PAM-5碼，每個符號（取+2，+1，0，-1，-2之一）對應兩位二進制信息（四級表示兩位，一級用於前向糾錯碼）。前向糾錯碼採用4維8狀態的trellis前向糾錯碼。實現這些主要依賴於積體電路技術和數位訊號處理（DSP）技術。
1000Base-T可以支持現有的已經獲得實際檢驗的快速乙太網和V.90/56K數據機技術，從而獲得了良好的性能價格比。在802.3快速乙太網和V.90或56K數據機中實現信號傳輸和編/解碼技術的高級DSP也可以用來實現1000Base-T。
結 論
隨著越來越多的台式機和工作組向快速乙太網升級，網路骨幹部分的集中業務將大幅度增長。為了處理這種業務，所有新型骨幹交換機應支持千兆乙太網上行鏈路。骨幹網部分的千兆乙太網交換機可被用來連線高交易率伺服器，以及集中快速乙太網工作組的網段交換機。如果說千兆乙太網的光纖網連線方式，解決了樓宇之間的高速連線，那么1000Base-T千兆乙太網技術，就是用來解決樓層之間、甚至辦公室之間的高速連線。
