以太网的未来是什么样子？面向未来网络的核心承载技术

燚先生

1980年，人类说，我要连接电脑，我要电脑和电脑间对话。于是，有了原生以太网。

2000年，人类说，我要无处不在的网络连接，我要低成本、高可靠的高速网络。于是，有了运营商以太网(Carrier Ethernet)。

2015年，人类说，我要5G，我要VR/AR，我要低时延，我要更灵活更大容量更… 于是，有了灵活以太网（Flexible Ethernet）。

30多年来，以太网已渗透到了人类生活的每一个角落，它不断向前推进，而今数据业务的以太网化已经成为全球主导趋势。

未来的以太网会是什么样子？它将如何影响到全球网络系统？

2016年12月13日，北京，在一次主题为《面向未来网络的核心承载技术---以太网的标准和产业发展方向》的媒体交流会上，以太网联盟主席、 华为以太网领域的首席架构师John D’Ambrosia向我们分享了以太网的现状和未来发展方向。



人们谈论以太网时，首先涌入脑海中的也许是连接电脑或笔记本的RJ-45接头。然而，以太网无处不在。以太网生态系统已覆盖企业以及园区网、运营商网络、家庭网络以及用户终端、大型数据中心和服务提供商等领域。


推动以太网巨大的产业市场的主力是基于云的服务提供商，而且，他们的市场规模正在不断扩大。


显然，大型的数据中心仍然是以太网新技术最早应用以及创新的原动力。由上图可知，全球最大的三个数据中心在以太网应用中占据主导地位。左图是这些数据中心40GE发货量，右图是100GE发货量，呈现出节节攀升的趋势。


市场和技术如影随形。在以太网诞生后的前30年中，从10M到10GE出现了6种以太网速度：10M、100M、GE、10GE、40GE、100GE，基本呈现每10年速率10倍增长的趋势。但是最近3到5年时间里，10倍趋势被打破，分支也越来越多，业界又对另外新出现的6种速度以太网感兴趣了，他们的速度从2.5GE到400GE，包括2.5GE、5GE、25GE、50GE、200GE和400GE。

这些新的以太网速率出现的时间间隔非常短，并在大型数据中心的应用中起到了非常重要的作用。仅仅在2016年，业界就引入了2.5GE、5GE、25GE这三种以太网速率，同时目前标准在进展中的还有3种以太网速率（50GbE、200GbE、400GbE）。

到底是哪些应用驱动着太网技术的演进与革新？


●数据中心：主要推动了从25GE到400GE以太网的演进。

●服务提供商：主要推动了50GE、200GE到400GE的以太网演进。

●企业：主要推动了2.5GE、5GE以太网在支持企业高速率的接入和WiFi上的应用。

25GE到50GE主要是针对下一代服务器的应用，可以明显降低CAPEX和OPEX。而50GE、200GE到400GE主要是针对电信运营商提供高速率、大宽带的网络连接需求。

然而，以太网的应用场景，并非仅限于此。

我们看到，行业市场的新需求，新的应用场景正在不断催生新型以太网接口出现。在车载以太网中，出现了从10M到1GE over single twisted pair的需求。在工业以太网中，出现了10M over single twisted pair的需求。同时，在很多场景也需要通过以太网来进行供电（PoDL）。不同的应用对以太网有着不同的需求。

是的，新应用层出，推动着以太网向一个综合的方向发展。

在以太网比较活跃的二十多年的时间里面所发生的变化，基本上在最近几年时间内就完成了。高速以太网的变化，并不仅仅是按10倍规律的速率增长，而是一个综合的发展方向。它不仅是推动某一个通道变得更快，也不仅是推动每个通道的速率提升，而是推动多通道技术同时发展。

比如像100GE，我们可以用4×25Gbps的方式。对于单通道速率，之前是25Gbps，现在可以做到50Gbps，以后甚至可以达到100Gbps。采用PAM4这样的关键技术，并首次应用在50/200/400GE以太网中，为未来以太网提供了低成本、大带宽的可能。我们期待PAM4能够在所有的高速以太网得到很大的应用和扩展。50GE/200GE/400GE标准都基于相同的56G PAM4技术，共享技术平台，是下一代以太网的方向。

PAM4技术还可以应用到不同的物理介质中。比如说电接口，它会把芯片连接在一起，或者连接芯片和光模块之间的连接。比如说基于电缆的背板等等，或者多模光纤，以及并行光纤或者是单模光纤等。单模光纤我们可以到达2公里或者是10公里这样的程度。现在我们正在讨论，进一步把它扩展到40公里或者是80公里的可能。所有的这些基本上展示的介质大多数都是基于新的PAM4技术。

另外，我们还将看到一些新的技术发展，这就是基于接口通道化实现网络分片的灵活以太网（Flexible Ethernet）。


在运营商网络中灵活以太网可以提供网络分片、子接口隔离等功能，支持基于业务体验的未来网络架构，可以实现带宽按需分配，通过专用硬管道来保证服务质量和安全，提供低延时解决方案，同时与SDN技术融合，支撑未来的VR、5G等业务发展。

基于灵活以太网技术，我们可以创造一个链路，把多个接口组合在一起，以更高的速度运行，提供大带宽。我们可以设想一下200GE的链路，可以是两个100GE的链路捆绑在一起。

我们还可以利用灵活以太网技术，实现按需定制带宽的灵活性。比如说我们100GE的链路，通过灵活以太网的通道化功能实现分片，可以提供25GE、50GE、75GE等。所以在大型网络应用中，灵活以太网能够让我们更灵活的分配带宽，就是分片，同时能够进一步保证服务的质量与安全，提供低延时的解决方案，还可以很好的和SDN技术相结合。而且，我们可以基于这种技术，构建一种端到端的硬管道在实际的网络中。

因此，将所有技术综合在一起，我们就可以实现高速接口，且保障了灵活性。这种灵活性，能够为以太网补充一些新功能，或者发生意想不到的“化学变化”，比如带宽的可配置性可以通过不同的方式来实现。还可以通过接口通道化分片做到，来保证服务的质量和安全，同时提供低延时的解决方案。

这就是我们未来的网络所需要的，我们已经在路上。

为什么以太网能占据主导地位？成功的标准是什么？是技术足够好吗？

不，一项成功的技术光是好，是不够的。

我们以高性能计算领域为例。我们在谈到高性能计算的时候，很多人可能会想到Infiniband技术，很多人可能会认为Infiniband在整个高性能计算领域占据着主导或者统治地位。

但上面这个报告给出了不同的答案。上左图是高性能计算在不同的应用领域的分布，那条黄色曲线代表的是工业应用领域。在这个领域中，10GE占到工业应用80%的份额（右图橘黄色曲线），但Infiniband只占了20%的份额（右图灰色曲线）。

Infiniband主要应用于研究和学术领域。也可以说，在高性能计算领域中，对性能要求较低的那一部分，是属于Infiniband的。对于工业应用而言，Infiniband只有好还不够，所以工业界选择了以太网，它可以做得更好。

可以说，以太网的成功不仅仅是技术性能上的成功，它是产业生态系统的成功。


以太网联盟在过去十年里，就起到了对产业生态的推动作用。以太网联盟是最终用户、系统供应商、组件供应商和学术界共同参与的全球化以太网产业推广组织。华为是其中一个成员，包括其他的知名公司，英特尔、戴尔、思科等，他们也属于以太网联盟的成员。

在过去的十年里，我们一直把这样的信息分享给业界，让更多人来支持和推广以太网技术。我们可以通过教育推广，让业界更好的了解以太网。我们可以在多源供应商，以及以太网的互操作性方面，有更好的表现。我们在产业界发出以太网的声音。

在过去十年时间里，我们经历了很多的事情。

比如在2007年，我们推动了40GE和100GE这种标准，大家都达成了一致。我是以太网联盟的主席，我就负责这个项目，因此40GE和100GE取得很大的成功和进展。同时还在一些其他方面取得了进展，比如互操作性方面。我们也会在技术层面上开展一些论坛，这样大家就会在未来的发展方向等方面达成一些共识。

过去，以太网联盟在推动以太网技术发展上起到非常重要的作用，但这还不够，我们需要继续将所有成员集合在一起，大家同心协力，这样才会带来更好的变化。

对于当前的以太网技术，是以应用需求为驱动的。面向不同的应用，我们需要一些新的速度、不同的介质、以及新的应用技术等。对于未来以太网的期望和要求，我们不敢说市场的预期和现在是一样的，但可以肯定的是，低成本、高可靠和广泛的互联互通是未来的发展趋势。

关于未来，我们还需要考虑什么？

我们还要考虑的是，通信方式的转变和用户体验的转变。

我们看到网络连接数量在不断增长。2000年，全球只有7亿用户；到2020年，我们有了几十亿用户。同时，互联网应用呈指数增长。所以我们要考虑到，2025年整个网络将面临一场巨大的变革。

我们不但要为更多用户提供支持，还要提供高质量、高安全和低时延的服务，这就是未来的需求。

以太网技术面临的新需求包括低延时、安全可靠。以太网技术的演进，需要应用在企业网络、服务提供商中。在运营商网络层面，以太网已经得到了很大的应用，包括3G、4G，以及4.5G移动承载网，这正体现了以太网在支持高速率、高宽带方面的成功。对于未来，以太网技术面临新的需求——时延敏感网络，还需要支持端到端整体的服务和支持网络切片的能力。

IP网最重要的发展趋势是以太网化，数据业务的以太网化已经成为全球主导趋势。以太网的发展演进经历了三个阶段。

第一代以太网Native Ethernet诞生于1980年，基于IEEE 802.3/1的开放标准，支持多厂家的互联互通，广泛应用于园区、企业以及数据中心互连。之后随着技术的逐渐成熟和完善，其进一步延伸到高性能计算、垂直行业应用、物联网等，从而催生了业界最广泛、强大的生态系统。

第二代以太网Carrier Ethernet从2000年开始发展一直沿用到现在，主要面向运营商网络，广泛应用于电信级城域网、3G/4G移动承载网、专线接入等，具备了QoS/QoE保障、OAM、保护倒换和高性能时钟等电信级功能，使能运营商网络可以基于以太网技术构建低成本、高可靠的网络，并降低运行维护成本。

第三代以太网Flexible Ethernet从2015年开始起步，面向云服务、5G网络分片、VR/AR及uHD视频等时延敏感业务需求，通过接口技术创新实现向高速大容量端口400GE、1TE端口等演进。Flexible Ethernet利用通道化实现子速率承载、硬管道及流量隔离，以及低时延、低抖动的算法技术等，可以进一步构建智能端到端低时延链路，在拥塞情况下可以确保高优先级业务的低时延并实现零丢包，实现可保障的低时延、高QoS服务的IP网络。Flexible Ethernet将成为未来全IP网络的基础。

未来，我们将面临更广泛的以太网生态系统，不只是数据中心，还包括航空、交通、医疗、工业、汽车等等领域，这些都是未来网络的场景。这不是某一家提供商能完成的事，这需要大家一起合力。我们还要将硅晶片、芯片、光模块、测试等等领域连接在一起，实现标准化，使搭建一个全景的体系和生态成为可能。

今天，以太网已经进入了一个新的时代，我们称之为下一代以太网技术。


物理层基于PAM4技术，速率从50G到400G，并把它扩展到40公里到80公里的规格。以太网联盟将继续致力于推动不同供应商间和互操作性方面的广泛的互联互通，推动产业发展。

展望未来，灵活以太网会成为未来网络发展的关键方向，它是很好的工具，必将帮助我们实现目标。最后一句话，交响乐不可能由一个人来完成，而是要整个乐队齐心合力来完成。