10 Gigabit乙太網路的需求
目前資料中心正在準備從1Gigabit乙太網路(GbE)大量轉換為10Gigabit乙太網路(10GbE)。這樣的轉換是為了要配合市場對於較高速乙太網路使用上的需要，而這些需要是來自於幾個不同的方向：
* 不斷增加的網路流量～也就是資料交流的數量與大小，而其部分原因是來自於網際網路與個人連線的增加。
* 資料密集(data-intensive)應用領域的成長，像是網格運算(grid computing)與叢集運算(cluster computing)等。
* 透過網路提供的服務，像是隨選視訊(On Demand Viewing)、IPTV、寬頻與視訊串流。
* 家庭與企業用戶所需頻寬的增加
* 現有通訊協定的限制，像是鏈結合併(LAG)會控制其成長。
10GbE的關鍵驅動要素之一就是對鏈結合併通訊協定的使用加以限制，以便將多重的1GbE鏈結合併起來。LAG通常是在現有乙太網路技術的速度與下一階段乙太網路技術的更高速度，對兩者之間所存在的落差作為橋接之用的過渡階段。然而，這也只是一個暫時的解決方案，因為會有4個以上的實體鏈結將變得非常難以管理，而且需要花更多的成本來運作與維護。舉例來說，在一張標準的網路介面卡(NIC)的面板上，其空間只能夠提供4個連線。此外，LAG通訊協定也會與每個追加的鏈結產生相關連的間接耗費；因此，隨著每個鏈結被加入到LAG群組時，已經存在於群組中的每個鏈結，其間接耗費都會有少許的增加。10GbE具有可以透過單一鏈結提供較高頻寬的的優點，而且因為去除了LAG通訊協定及其間接耗費，所以會有較低的延遲。另外，10GbE提供了更大的佈線範圍～從15公尺的同軸電纜(coax cables)到40公里的單模光纖(SMF)。
雖然像是交換器與轉接器之類的10GbE產品已經存在於市場上將近5年了─在光纖傳輸媒體(IEEE Std. 802.3ae)上進行10GbE運作的標準在2002年就已經受到認可，但是仍然存在有許多阻礙，使得10GbE無法被廣泛的使用。隨著對於更高頻寬需求的持續增加，這些阻礙將會在未來的數年內被一一克服，使10GbE能夠被大量的平台所採用。
10GbE具有更高的速度與更快的響應時間，可以使任何流量沈重的網路獲得紓解。然而，10GbE對於任何實質上的資料密集應用領域特別有利。例如企業金融應用、資料庫與資料模型建構的模擬、天氣預測、電腦輔助設計與生產、以及像是常見於電腦遊戲與電影拍攝等之圖形密集(graphics intensive)應用領域。GbE已經開始深入高效能運算(HPC)叢集應用領域中，而且隨著成本與阻礙的降低，10GbE也將會在這個市場中持續成長。某些更具爭議性的應用也開始實用化，這其中包括了維持在10 Gb/s速度的可能性以及其他像是iSCSI等的技術，而不再只是技術上的概念，同時也有取代像是光纖通道之類現有通訊協定的潛在趨勢。
都會區域網路(MAN)應用領域以及長距離區域網路(LAN)應用領域也都能夠因為光纖所具有的更長可使用距離而獲益。舉例來說，將資料中心放置於最有利地點的能力，亦即最具成本效益又能兼顧方便性的位置，好比位於主要設備之外的區域。10GbE具有較長的可到達範圍，並且可以對應到現有的SONET / SDH 10Gb/s通訊協定，因此相當適合使用於廣域網路(WAN)以及網際網路存在點(POP)的應用領域上，藉此實現能夠以每小時兆位元組(terabyte-per-hour)之速率運行的網路。
10GbE是什麼以及不是什麼
就許多方面來說，10GbE是由前一代乙太網路速度所直接延伸而來，因此它可以完全反向相容於前一代的乙太網路。它保留了乙太網路的關鍵架構；媒體存取控制(MAC)通訊協定、乙太網路框架(frame)格式、以及最小與最大的框架大小。
然而，也有一些關鍵性的差異存在，其主要是牽涉到在開放系統互連(OSI)層級模型裡的實體層(PHY)部分。當相同的MAC與RS被使用於所有的10GbE裝置時，其用來連結網路傳輸媒體的PHY是不相同的。此外，不同於前一代的乙太網路速度，10GbE只會以全雙工模式運作。交換式乙太網路的使用在市場上成長至1999年時，支援半雙工模式的運作就已經被認為是10GbE發展上的負擔。
原始的10GbE標準(IEEE Std. 802.3ae2002)針對多重模式光纖(MMF)以及SMF的傳輸媒體規範出用以連結的不同PHYs。自從原始標準認可之後，有許多新的10GbE修訂標準被發展出來或是開始要發展。在2004年的時候，IEEE Std. 802.3ak-2004規範出用以在15公尺的同軸電纜上傳送10GbE信號的10GBASE-CX4 PHY，以便讓可到達範圍較短的應用領域可以使用。到了2006時，有兩個新的PHYs加入(10GBASE-T與10GBASE-LRM)，而另外兩個則會在2007年加入(10GBASE-KR與10GBASE-KX4)。新的PHYs能夠因應市場上不斷擴充的10GbE需求。
即使已經存在數年之久，10GbE光纖解決方案的成本以及10GbE同軸電纜解決方案的較短可到達範圍仍然限制了10GbE的廣泛應用。隨著技術的成熟，光纖解決方案的成本與電源持續地降低，但是卻欠缺一個可以讓10GbE在無遮蔽雙絞(UTP)銅纜線上運作的標準，以便讓10GbE可以在對此極為需要的應用領域中使用。隨著10GBASE-T標準(IEEE Std. 802.3anTM-2006)在2006年6月被認可，UTP解決方案的欠缺得以被補足，市場上也因此開始能夠看到低成本的10GbE銅製PHY出現。
對於10GBASE-T標準，有一些關於它的常見錯誤認知。對於自動協商(auto-negotiation)的支援度存在有許多的混淆，不過10GBASE-T標準確實支援自動協商。自動協商的特點將使執行者得以設計能夠在更大範圍的速度與媒體上運作的PHY裝置。雖然自動協商具有反向相容於較低速度的能力，但是要讓10GBASE-T系統能夠支援以10Mb/s運作是不太可能的，這是由於變壓器的需求所造成的。
另一個常見的錯誤認知是關於對CAT-5纜線的支援。CAT-5以及CAT-5e纜線並沒有被列入IEEE Std. 802.3an所支援的媒體當中，這是因為對於10GBASE-T的效能需求已經遠超過這些纜線的既定效能。在10GBASE-T標準中要求能夠支援CAT -6、CAT-6A、以及CAT-7纜線。對於電信產業協會(Telecommunications Industry Association, TIA - www.tiaonline.org)在電信系統公告155(TSB-155)中所提到應該要能支援高達55公尺的可到達範圍，現有的CAT-6設置是可以符合這項需求的。CAT -6A以及CAT-7則可以支援高達100公尺的可到達範圍。CAT-6A以及CAT-7的最主要差別是在於CAT-6A為無遮蔽纜線(unshielded cable)，而CAT-7則是有遮蔽(shielded)。
從廣泛的層面來考量時，最理想交互連結的方式乃是以所需要的可到達範圍來加以決定的。舉例來說，10GBASE-CX4為短運送距離的應用領域提供了一個具有低成本與較高效能的解決方案。對於資料密集應用領域的用戶而言，它也被視為一種高效能的互連方式，同時也可以做為在儲存區域網路(SANs)中，具有專利之結構的替代方案。
對於需要較長運送距離的網路像是MAN以及WAN等，10GbE具有高達40公里的可到達範圍能力。對於像是遠距工作(telecommuting)、視訊會議(video conferencing)、資料採礦(data mining)以及線上調查(online research)等的應用領域，這項特性可以提供極大的潛在優點，換句話說就是可以提供更快速以及更有效率的存取。在WAN應用領域中，10GbE可以用超越世界記錄的時間來完成以兆位元組計算之資料量的傳送，藉此將全球社群連接起來。10GbE具有能夠有效的直接附屬於SONET/SDH核心網路上，或是透過未使用的波長(aka dark lambda)來傳送的能力，可以把用於全球連線的通訊協定轉譯需求最小化甚至去除掉。
要達到10GbE速度的需求為何？
想要運用10GbE達到真正10Gb/s的速度，所需要的絕不僅只是選擇正確的媒體。10GbE系統的資訊通過量大部分必須發生在基礎架構(像是路由器與交換器)以及端點(endpoints)(主要伺服器、裝置、以及網路儲存設備)上。
要達成這些需求，必須要先能夠符合數個技術方面與經濟方面的考量。更昂貴與具有更高效能的系統必須要能夠與網路的資訊通過量同步增加，然而因為設計上的限制所致，記憶體子系統在實體上是無法跟上其增加速度的。而這正意味著延遲將會增加，因為當記憶體忙著以較低的速度將資料從網路移向等待中的應用裝置時，處理器必須等待超過上百個閒置週期。記憶體子系統以及處理器必須確實的被網路頻寬占滿，如此業界才能找出抒解其瓶頸的方法。目前被設計用以處理重要的即時交易以及頻寬密集之應用領域像是電子商務(e-Commerce)、 醫療用影像處理和大量資料之儲存的系統，這樣的不一致將會對其效能造成衝擊。
要解決此瓶頸難題的最適方法之一，就是使用TCP/IP主機硬體卸載(TCP/IP host hardware offload_解決方案。主機硬體卸載控制器，例如由Tehuti Networks公司所生產的可以藉由將系統處理封包的能力予以最佳化，來減少系統被占滿的狀況發生。從電線到應用裝置，加速器技術的應用明顯提升了企業平台在網路通訊上的速度，這是藉由如下的措施來達成的：降低延遲、將功能重新分配給能夠把每件任務處理得較為完善的元件、以及使用額外的加強功能以適當的改善伺服器系統資訊通過量。這使得伺服器得以將效能與低電源維持在最佳的平衡狀態，同時又只需要最小的電路板空間；因此也得以降低設備的擁有總成本(TCO)。
此外，使用的介面也是一個重要的考量點。舉例來說，在目前的Intel伺服器架構中，64位元的PCI-X匯流排已經能夠以multi-gigabit的範圍將資料送出，然而新的PCI Express架構卻可以輕易的處理10GbE。
在10GbE之後，接著會是什麼？
雖然業界已經處於準備要將10GbE予以大量普及的陣痛期當中，然而歷史也告訴業界，應該是要開始思考如何實現更高速乙太網路的時候了。前文所述的考量只會更形加劇，而隨著市場往前看到在10GbE之後的下一個速度世代，新的考量又得要加進來。有些人預測到了2012年的時候，下一代更高速乙太網路的使用將可以反映出10GbE的狀況，同時可以將前500大高速運算網站(supercomputing site)的主要互連分享掉達到近乎50％的程度。在2006年的7月，在IEEE 802.3中曾經有提出需求(Call for Interest, CFI）要成立一個更高速研究小組(HSSG)，此將會使得下一代更高速乙太網路的標準在2009年到2010年期間的某個時間點獲得認可。
總結
10GbE與前一代的乙太網路共同分享了許多的相同點，但是也有著一些關鍵性的差異。就10GbE標準的本身而言，許多的差異是與傳輸媒體有關的，但是為了要達到真正的10GbE效能，系統必須要設定為能夠對整個網路都支援10GbE。這包括了如下的每一件事情：透過硬體的協助來改善TCP/IP的處理，以使得CPU能夠有較多的週期可以用來做應用程式的處理；確定正確的介面(例如：PCI Express)被安裝在正確的位置；在記憶體子系統上裝有不會對系統效能造成限制的晶片組。在這些議題中，目前有許多都已經獲得解決了，而在不久的將來，可以預期市場將能夠享受到真正的10GbE效能以及其所有的優點。
目前資料中心正在準備從1Gigabit乙太網路(GbE)大量轉換為10Gigabit乙太網路(10GbE)。這樣的轉換是為了要配合市場對於較高速乙太網路使用上的需要，而這些需要是來自於幾個不同的方向：
* 不斷增加的網路流量～也就是資料交流的數量與大小，而其部分原因是來自於網際網路與個人連線的增加。
* 資料密集(data-intensive)應用領域的成長，像是網格運算(grid computing)與叢集運算(cluster computing)等。
* 透過網路提供的服務，像是隨選視訊(On Demand Viewing)、IPTV、寬頻與視訊串流。
* 家庭與企業用戶所需頻寬的增加
* 現有通訊協定的限制，像是鏈結合併(LAG)會控制其成長。
10GbE的關鍵驅動要素之一就是對鏈結合併通訊協定的使用加以限制，以便將多重的1GbE鏈結合併起來。LAG通常是在現有乙太網路技術的速度與下一階段乙太網路技術的更高速度，對兩者之間所存在的落差作為橋接之用的過渡階段。然而，這也只是一個暫時的解決方案，因為會有4個以上的實體鏈結將變得非常難以管理，而且需要花更多的成本來運作與維護。舉例來說，在一張標準的網路介面卡(NIC)的面板上，其空間只能夠提供4個連線。此外，LAG通訊協定也會與每個追加的鏈結產生相關連的間接耗費；因此，隨著每個鏈結被加入到LAG群組時，已經存在於群組中的每個鏈結，其間接耗費都會有少許的增加。10GbE具有可以透過單一鏈結提供較高頻寬的的優點，而且因為去除了LAG通訊協定及其間接耗費，所以會有較低的延遲。另外，10GbE提供了更大的佈線範圍～從15公尺的同軸電纜(coax cables)到40公里的單模光纖(SMF)。
雖然像是交換器與轉接器之類的10GbE產品已經存在於市場上將近5年了─在光纖傳輸媒體(IEEE Std. 802.3ae)上進行10GbE運作的標準在2002年就已經受到認可，但是仍然存在有許多阻礙，使得10GbE無法被廣泛的使用。隨著對於更高頻寬需求的持續增加，這些阻礙將會在未來的數年內被一一克服，使10GbE能夠被大量的平台所採用。
10GbE具有更高的速度與更快的響應時間，可以使任何流量沈重的網路獲得紓解。然而，10GbE對於任何實質上的資料密集應用領域特別有利。例如企業金融應用、資料庫與資料模型建構的模擬、天氣預測、電腦輔助設計與生產、以及像是常見於電腦遊戲與電影拍攝等之圖形密集(graphics intensive)應用領域。GbE已經開始深入高效能運算(HPC)叢集應用領域中，而且隨著成本與阻礙的降低，10GbE也將會在這個市場中持續成長。某些更具爭議性的應用也開始實用化，這其中包括了維持在10 Gb/s速度的可能性以及其他像是iSCSI等的技術，而不再只是技術上的概念，同時也有取代像是光纖通道之類現有通訊協定的潛在趨勢。
都會區域網路(MAN)應用領域以及長距離區域網路(LAN)應用領域也都能夠因為光纖所具有的更長可使用距離而獲益。舉例來說，將資料中心放置於最有利地點的能力，亦即最具成本效益又能兼顧方便性的位置，好比位於主要設備之外的區域。10GbE具有較長的可到達範圍，並且可以對應到現有的SONET / SDH 10Gb/s通訊協定，因此相當適合使用於廣域網路(WAN)以及網際網路存在點(POP)的應用領域上，藉此實現能夠以每小時兆位元組(terabyte-per-hour)之速率運行的網路。
10GbE是什麼以及不是什麼
就許多方面來說，10GbE是由前一代乙太網路速度所直接延伸而來，因此它可以完全反向相容於前一代的乙太網路。它保留了乙太網路的關鍵架構；媒體存取控制(MAC)通訊協定、乙太網路框架(frame)格式、以及最小與最大的框架大小。
然而，也有一些關鍵性的差異存在，其主要是牽涉到在開放系統互連(OSI)層級模型裡的實體層(PHY)部分。當相同的MAC與RS被使用於所有的10GbE裝置時，其用來連結網路傳輸媒體的PHY是不相同的。此外，不同於前一代的乙太網路速度，10GbE只會以全雙工模式運作。交換式乙太網路的使用在市場上成長至1999年時，支援半雙工模式的運作就已經被認為是10GbE發展上的負擔。
原始的10GbE標準(IEEE Std. 802.3ae2002)針對多重模式光纖(MMF)以及SMF的傳輸媒體規範出用以連結的不同PHYs。自從原始標準認可之後，有許多新的10GbE修訂標準被發展出來或是開始要發展。在2004年的時候，IEEE Std. 802.3ak-2004規範出用以在15公尺的同軸電纜上傳送10GbE信號的10GBASE-CX4 PHY，以便讓可到達範圍較短的應用領域可以使用。到了2006時，有兩個新的PHYs加入(10GBASE-T與10GBASE-LRM)，而另外兩個則會在2007年加入(10GBASE-KR與10GBASE-KX4)。新的PHYs能夠因應市場上不斷擴充的10GbE需求。
即使已經存在數年之久，10GbE光纖解決方案的成本以及10GbE同軸電纜解決方案的較短可到達範圍仍然限制了10GbE的廣泛應用。隨著技術的成熟，光纖解決方案的成本與電源持續地降低，但是卻欠缺一個可以讓10GbE在無遮蔽雙絞(UTP)銅纜線上運作的標準，以便讓10GbE可以在對此極為需要的應用領域中使用。隨著10GBASE-T標準(IEEE Std. 802.3anTM-2006)在2006年6月被認可，UTP解決方案的欠缺得以被補足，市場上也因此開始能夠看到低成本的10GbE銅製PHY出現。
對於10GBASE-T標準，有一些關於它的常見錯誤認知。對於自動協商(auto-negotiation)的支援度存在有許多的混淆，不過10GBASE-T標準確實支援自動協商。自動協商的特點將使執行者得以設計能夠在更大範圍的速度與媒體上運作的PHY裝置。雖然自動協商具有反向相容於較低速度的能力，但是要讓10GBASE-T系統能夠支援以10Mb/s運作是不太可能的，這是由於變壓器的需求所造成的。
另一個常見的錯誤認知是關於對CAT-5纜線的支援。CAT-5以及CAT-5e纜線並沒有被列入IEEE Std. 802.3an所支援的媒體當中，這是因為對於10GBASE-T的效能需求已經遠超過這些纜線的既定效能。在10GBASE-T標準中要求能夠支援CAT -6、CAT-6A、以及CAT-7纜線。對於電信產業協會(Telecommunications Industry Association, TIA - www.tiaonline.org)在電信系統公告155(TSB-155)中所提到應該要能支援高達55公尺的可到達範圍，現有的CAT-6設置是可以符合這項需求的。CAT -6A以及CAT-7則可以支援高達100公尺的可到達範圍。CAT-6A以及CAT-7的最主要差別是在於CAT-6A為無遮蔽纜線(unshielded cable)，而CAT-7則是有遮蔽(shielded)。
從廣泛的層面來考量時，最理想交互連結的方式乃是以所需要的可到達範圍來加以決定的。舉例來說，10GBASE-CX4為短運送距離的應用領域提供了一個具有低成本與較高效能的解決方案。對於資料密集應用領域的用戶而言，它也被視為一種高效能的互連方式，同時也可以做為在儲存區域網路(SANs)中，具有專利之結構的替代方案。
對於需要較長運送距離的網路像是MAN以及WAN等，10GbE具有高達40公里的可到達範圍能力。對於像是遠距工作(telecommuting)、視訊會議(video conferencing)、資料採礦(data mining)以及線上調查(online research)等的應用領域，這項特性可以提供極大的潛在優點，換句話說就是可以提供更快速以及更有效率的存取。在WAN應用領域中，10GbE可以用超越世界記錄的時間來完成以兆位元組計算之資料量的傳送，藉此將全球社群連接起來。10GbE具有能夠有效的直接附屬於SONET/SDH核心網路上，或是透過未使用的波長(aka dark lambda)來傳送的能力，可以把用於全球連線的通訊協定轉譯需求最小化甚至去除掉。
要達到10GbE速度的需求為何？
想要運用10GbE達到真正10Gb/s的速度，所需要的絕不僅只是選擇正確的媒體。10GbE系統的資訊通過量大部分必須發生在基礎架構(像是路由器與交換器)以及端點(endpoints)(主要伺服器、裝置、以及網路儲存設備)上。
要達成這些需求，必須要先能夠符合數個技術方面與經濟方面的考量。更昂貴與具有更高效能的系統必須要能夠與網路的資訊通過量同步增加，然而因為設計上的限制所致，記憶體子系統在實體上是無法跟上其增加速度的。而這正意味著延遲將會增加，因為當記憶體忙著以較低的速度將資料從網路移向等待中的應用裝置時，處理器必須等待超過上百個閒置週期。記憶體子系統以及處理器必須確實的被網路頻寬占滿，如此業界才能找出抒解其瓶頸的方法。目前被設計用以處理重要的即時交易以及頻寬密集之應用領域像是電子商務(e-Commerce)、 醫療用影像處理和大量資料之儲存的系統，這樣的不一致將會對其效能造成衝擊。
要解決此瓶頸難題的最適方法之一，就是使用TCP/IP主機硬體卸載(TCP/IP host hardware offload_解決方案。主機硬體卸載控制器，例如由Tehuti Networks公司所生產的可以藉由將系統處理封包的能力予以最佳化，來減少系統被占滿的狀況發生。從電線到應用裝置，加速器技術的應用明顯提升了企業平台在網路通訊上的速度，這是藉由如下的措施來達成的：降低延遲、將功能重新分配給能夠把每件任務處理得較為完善的元件、以及使用額外的加強功能以適當的改善伺服器系統資訊通過量。這使得伺服器得以將效能與低電源維持在最佳的平衡狀態，同時又只需要最小的電路板空間；因此也得以降低設備的擁有總成本(TCO)。
此外，使用的介面也是一個重要的考量點。舉例來說，在目前的Intel伺服器架構中，64位元的PCI-X匯流排已經能夠以multi-gigabit的範圍將資料送出，然而新的PCI Express架構卻可以輕易的處理10GbE。
在10GbE之後，接著會是什麼？
雖然業界已經處於準備要將10GbE予以大量普及的陣痛期當中，然而歷史也告訴業界，應該是要開始思考如何實現更高速乙太網路的時候了。前文所述的考量只會更形加劇，而隨著市場往前看到在10GbE之後的下一個速度世代，新的考量又得要加進來。有些人預測到了2012年的時候，下一代更高速乙太網路的使用將可以反映出10GbE的狀況，同時可以將前500大高速運算網站(supercomputing site)的主要互連分享掉達到近乎50％的程度。在2006年的7月，在IEEE 802.3中曾經有提出需求(Call for Interest, CFI）要成立一個更高速研究小組(HSSG)，此將會使得下一代更高速乙太網路的標準在2009年到2010年期間的某個時間點獲得認可。
總結
10GbE與前一代的乙太網路共同分享了許多的相同點，但是也有著一些關鍵性的差異。就10GbE標準的本身而言，許多的差異是與傳輸媒體有關的，但是為了要達到真正的10GbE效能，系統必須要設定為能夠對整個網路都支援10GbE。這包括了如下的每一件事情：透過硬體的協助來改善TCP/IP的處理，以使得CPU能夠有較多的週期可以用來做應用程式的處理；確定正確的介面(例如：PCI Express)被安裝在正確的位置；在記憶體子系統上裝有不會對系統效能造成限制的晶片組。在這些議題中，目前有許多都已經獲得解決了，而在不久的將來，可以預期市場將能夠享受到真正的10GbE效能以及其所有的優點。
