千兆以太网的技术

发布网友 发布时间：2022-04-28 22:29

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热心网友 时间：2022-06-24 05:03

随着国家《千兆比以太网交换机设备技术规范》的发布，一时间，千兆以太网技术的应用得到了突飞猛进的发展。
1000Base-T(在第五类双绞线上实现的千兆以太网)由于以下几个原因成为网络管理人员的最佳选择之一。首先，它主要满足现有网络中出现的对带宽飞速增长的需求；其次，在这些网络中，新兴的应用不断出现，而在网络边缘交换机也不断增加。千兆以太网可以保护公司在以太网和快速以太网的设施上已有的投资；第三，它能够提供一种简单、有效而又廉价的性能提升办法，同时又能继续使用大量现有的水平线缆传输介质。
1000Base-T技术原理 千兆以太网可以利用现有的线缆设施，从而它获得了良好的性能价格比。它可以在楼层内、楼内和园区内的网络上采用，因为它可以支持多种连接媒体和大范围的连接距离。特别是，千兆以太网可以在下列四种媒质上运行:光纤，最大连接距离至少可达5公里； 模光纤，最大连接距离至少550米； 平衡、屏蔽铜缆，最大连接距离至少25米；五类线，最大连接距离至少100米。
IEEE802.3z千兆以太网标准于1998年6月获得批准，它为三种传输媒质定义了三种收发器: 1000Base-LX、1000Base-SX和1000Base-CX。其中，1000Base-LX用于安装单模光纤，1000Base-SX用于安装多模光纤，1000Base-CX用于平衡、屏蔽铜缆，它可以用于机房的互连。1000Base-LX的收发器也可以用于多模光纤，其传送距离至少可达550米。 另一个特别工作小组，IEEE802.3ab已经定义了在5类线的基础上运行千兆以太网的物理层。IEEE标准化委员会在1999年6月批准了1000Base-T标准。1000Base-T可以继续使用现有的线缆设施，它规定在5类线上的传输距离最远可达100米。
1000Base-T的其他一些重要规范使其成为一种价格低廉、不易被破坏并具有良好性能的技术。首先，它支持以太网MAC，而且可以后向兼容10/100Mbps以太网技术；其次，很多的1000Base-T产品都将支持100/1000自动协商功能，1000Base-T因此可以直接在快速以太网络中通过升级实现；第三，1000Base-T是一种高性能技术，它每传送100亿比特，其中错误的数据位不会超过一个（误比特率低于10-10，这与100Base-T的误比特率相当）。 1000Base-T是专门为在五类双绞线上传送数据而设计的。1Gbps的传送速率可以等效地看作在四对双绞线上，每对的传送速率为250Mbps (250Mbps×4=1Gbps)。
1000Base-T与100Base-T采用相同的传送时钟频率(125MHz)，但是利用了一种更加强大的信号传输和编/解码方案，该方案可以在链路上较100Base-T多传送一倍的数据。下面是对这两种技术规范的比较:
1000Base-T:125MHz×2比特=250Mbps
1000Base-TX:125MHz×2比特-符号=125M比特-符号/s
请注意:125M比特-符号/s等效于100Mbps，因为1000Base-T采用一种4B/5B编码-在将信号放到线缆上进行传输之前，每4比特的数据被转换成5比特-符号；此有效的比特传送速率为:125×4/5=100Mbps。 IEEE802.3ab为了高性价比地使用4对5类UTP，不采用8B/10B编码，而在MAC子层和PHY层定义一个逻辑接口，允许引入更高性价比的编码方案。由于可用带宽的*，显然每对5类UTP取不超过125Mbaud（5类UTP在62.5MHz时，其ACR为30.6dB）为宜。还考虑到能覆盖28=256，且最大限度地减少多元制的符号位数，所以取五级（quinary）编码，即8B/4Quinary。这样，（1000/4）×（4/8）=125Mbaud能够满足可有带宽的*。
若采用四级（quartemary）编码，亦可满足上述需求，且同样能覆盖28=256，但五级（quinary）编码中冗余的一级可用于对另外四级的纠错码。
千兆位以太网联盟最近的1000Base-T*建议采用PAM-5码，每个符号（取+2，+1，0，-1，-2之一）对应两位二进制信息（四级表示两位，一级用于前向纠错码）。前向纠错码采用4维8状态的Trellis前向纠错码。实现这些主要依赖于集成电路技术和数字信号处理（DSP）技术。
1000Base-T可以支持现有的已经获得实际检验的快速以太网和V.90/56K调制解调器技术，从而获得了良好的性能价格比。在802.3快速以太网和V.90或56K调制解调器中实现信号传输和编/解码技术的高级DSP也可以用来实现1000Base-T。
发展优势
千兆位以太网是一种新型高速局域网，他可以提供1Gb/s的通信带宽，采用和传统10/100 M以太网同样的CSMA/CD协议、帧格式和帧长，因此可以实现在原有低速以太网基础上平滑、连续性的网络升级，从而能最大限度地保护用户以前的投资。 开始以太网只有10Mbps的吞吐量，使用的是带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）的访问控制方法，这种早期的10Mbps以太网称之为标准以太网。以太网可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等多种传输介质进行连接，并且在IEEE 802.3标准中，为不同的传输介质制定了不同的物理层标准，在这些标准中前面的数字表示传输速度，单位是“Mbps”，最后的一个数字表示单段网线长度（基准单位是100m），Base表示“基带”的意思，Broad代表“宽带”。
·10Base－5 使用直径为0.4英寸、阻抗为50Ω粗同轴电缆，也称粗缆以太网，最大网段长度为500m，基带传输方法，拓扑结构为总线型；10Base－5组网主要硬件设备有：粗同轴电缆、带有AUI插口的以太网卡、中继器、收发器、收发器电缆、终结器等。
·10Base－2 使用直径为0.2英寸、阻抗为50Ω细同轴电缆，也称细缆以太网，最大网段长度为185m，基带传输方法，拓扑结构为总线型；10Base－2组网主要硬件设备有：细同轴电缆、带有BNC插口的以太网卡、中继器、T型连接器、终结器等。
·10Base－T 使用双绞线电缆，最大网段长度为100m，拓扑结构为星型；10Base－T组网主要硬件设备有：3类或5类非屏蔽双绞线、带有RJ-45插口的以太网卡、集线器、交换机、RJ-45插头等。
· 1Base－5 使用双绞线电缆，最大网段长度为500m，传输速度为1Mbps；
·10Broad－36 使用同轴电缆（RG－59/U CATV），网络的最大跨度为3600m，网段长度最大为1800m，是一种宽带传输方式；
·10Base－F 使用光纤传输介质，传输速率为10Mbps。 随着网络的发展，传统标准的以太网技术已难以满足日益增长的网络数据流量速度需求。在1993年10月以前，对于要求10Mbps以上数据流量的LAN应用，只有光纤分布式数据接口（FDDI）可供选择，但它是一种价格非常昂贵的、基于100Mpbs光缆的LAN。1993年10月，Grand Junction公司推出了世界上第一台快速以太网集线器Fastch10/100和网络接口卡FastNIC100，快速以太网技术正式得以应用。随后Intel、SynOptics、3COM、BayNetworks等公司亦相继推出自己的快速以太网装置。与此同时，IEEE802工程组亦对100Mbps以太网的各种标准，如100BASE－TX、100BASE－T4、MII、中继器、全双工等标准进行了研究。1995年3月IEEE宣布了IEEE802.3u 100BASE－T快速以太网标准（Fast Ethernet），就这样开始了快速以太网的时代。
快速以太网与原来在100Mbps带宽下工作的FDDI相比它具有许多的优点，最主要体现在快速以太网技术可以有效的保障用户在布线基础实施上的投资，它支持3、4、5类双绞线以及光纤的连接，能有效的利用现有的设施。 快速以太网的不足其实也是以太网技术的不足，那就是快速以太网仍是基于CSMA/CD技术，当网络负载较重时，会造成效率的降低，当然这可以使用交换技术来弥补。 100Mbps快速以太网标准又分为：100BASE－TX 、100BASE－FX、100BASE－T4三个子类。
· 100BASE－TX：是一种使用5类数据级无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。它使用两对双绞线，一对用于发送，一对用于接收数据。在传输中使用4B/5B编码方式，信号频率为125MHz。符合EIA586的5类布线标准和IBM的SPT 1类布线标准。使用同10BASE－T相同的RJ－45连接器。它的最大网段长度为100米。它支持全双工的数据传输。
· 100BASE－FX：是一种使用光缆的快速以太网技术，可使用单模和多模光纤（62.5和125um）。多模光纤连接的最大距离为550米。单模光纤连接的最大距离为3000米。在传输中使用4B/5B编码方式，信号频率为125MHz。它使用MIC/FDDI连接器、ST连接器或SC连接器。它的最大网段长度为150m、412m、2000m或更长至10公里，这与所使用的光纤类型和工作模式有关，它支持全双工的数据传输。100BASE－FX特别适合于有电气干扰的环境、较大距离连接、或高保密环境等情况下的适用。
· 100BASE－T4：是一种可使用3、4、5类无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。100Base-T4使用4对双绞线，其中的三对用于在33MHz的频率上传输数据，每一对均工作于半双工模式。第四对用于CSMA/CD冲突检测。在传输中使用8B/6T编码方式，信号频率为25MHz，符合EIA586结构化布线标准。它使用与10BASE－T相同的RJ－45连接器，最大网段长度为100米。 万兆以太网规范包含在 IEEE 802.3 标准的补充标准 IEEE 802.3ae 中，它扩展了 IEEE 802.3 协议和 MAC 规范，使其支持 10Gb/s 的传输速率。除此之外，通过 WAN 界面子层（WIS：WAN interface sublayer），10千兆位以太网也能被调整为较低的传输速率，如 9.584640 Gb/s （OC-192），这就允许10千兆位以太网设备与同步光纤网络（SONET） STS -192c 传输格式相兼容。
· 10GBASE-SR 和 10GBASE-SW 主要支持短波（850 nm）多模光纤（MMF），光纤距离为 2m 到 300 m 。
10GBASE-SR 主要支持“暗光纤”（dark fiber），暗光纤是指没有光传播并且不与任何设备连接的光纤。
10GBASE-SW 主要用于连接 SONET 设备，它应用于远程数据通信。
· 10GBASE-LR 和 10GBASE-LW 主要支持长波（1310nm）单模光纤（SMF），光纤距离为 2m 到 10km （约32808英尺）。
10GBASE-LW 主要用来连接 SONET 设备时，
10GBASE-LR 则用来支持“暗光纤”（dark fiber）。
· 10GBASE-ER 和 10GBASE-EW 主要支持超长波（1550nm）单模光纤（SMF），光纤距离为 2m 到 40km （约131233英尺）。
10GBASE-EW 主要用来连接 SONET 设备，
10GBASE-ER 则用来支持“暗光纤”（dark fiber）。
· 10GBASE-LX4 采用波分复用技术，在单对光缆上以四倍光波长发送信号。系统运行在 1310nm 的多模或单模暗光纤方式下。该系统的设计目标是针对于 2m 到 300 m 的多模光纤模式或 2m 到 10km 的单模光纤模式。
△ 以太网的连接
未来网络发展的趋势