万兆以太网技术
目录
1.基于光纤的局域网万兆以太网规范 (1)
2.基于双绞线（或铜线）的局域网万兆以太网规范 (2)
3.基于光纤的广域网万兆以太网规范 (3)
4.万兆以太网物理层规格 (4)
4.1万兆以太网物理层规格（PHY） (4)
4.2相关物理介质层（PMD） (7)
万兆以太网技术
万兆以太网标准和规范都比较繁多，在标准方面，有2002年的IEEE 802.3ae，2004年的IEEE 802.3ak，2006年的IEEE 802.3an、IEEE 802.3aq和2007年的IEEE 802.3ap。在规范方面，总共有10多个，总共可以分为三类：一是基于光纤的局域网万兆以太网规范，二是基于双绞线（或铜线）的局域网万兆以太网规范，三是基于光纤的广域网万兆以太网规范。下面分别予以介绍。
1. 基于光纤的局域网万兆以太网规范
目前，基于光纤的万兆以太网规范有：10GBase-SR、10GBase-LR、10GBase-LRM、10GBase-ER、10GBase-ZR和10GBase-LX4这六个规范。
（1）10GBase-SR
10GBase-SR中的“SR”代表“短距离”（short range）的意思，该规范支持编码方式为64B/66B 的短波（波长为850nm）多模光纤（MMF），有效传输距离为2～300m，要支持300m传输需要采用经过优化的50μm线径OM3（Optimized Multimode 3，优化的多模3）光纤（没有优化的线径50μm光纤称为OM2光纤，而线径为62.5μm的光纤称为OM1光纤）。
10GBase-SR具有最低成本、最低电源消耗和最小的光纤模块等优势。
（2）10GBase-LR
10GBase-LR中的“LR”代表“长距离”（Long Range）的意思，该规范支持编码方式为64B/66B 的长波（1310nm）单模光纤（SMF），有效传输距离为2m到10km，事实上最高可达到25km。
10GBase-LR的光纤模块比下面将要介绍的10GBase-LX4光纤模块更便宜。
（3）10GBase-LRM
10GBase-LRM中的“LRM”代表“长度延伸多点模式”（Long Reach Multimode），对应的标准为2006年发布的IEEE 802.3aq。在1990年以前安装的FDDI 62.5μm多模光纤的FDDI网络和100Base-FX网络中的有效传输距离为220m，而在OM3光纤中可达260m，在连接长度方面，不如以前的10GBase-LX4规范，但是它的光纤模块比10GBase-LX4规范光纤模块具有更低的成本和更低的电源消耗。
（4）10GBase-ER
10GBase-ER中的“ER”代表“超长距离”（Extended Range）的意思，该规范支持超长波（1550nm）单模光纤（SMF），有效传输距离为2m到40km。
（5）10GBase-ZR
几个厂商提出了传输距离可达到80km超长距离的模块接口，这就是10GBase-ZR规范。它使用的也是超长波（1550nm）单模光纤（SMF）。但80km的物理层不在EEE 802.3ae标准之内，是厂商自己在OC-192/STM-64 SDH/SONET规范中的描述，也不会被IEEE 802.3工作组接受。
（6）10GBase-LX4
10GBase-LX4采用波分复用技术，通过使用4路波长统一为1300 nm，工作在3.125Gb/s的分离光源来实现10Gb/s传输。该规范在多模光纤中的有效传输距离为2～300m，在单模光纤下
的有效传输距离最高可达10km。它主要适用于需要在一个光纤模块中同时支持多模和单模光纤的环境。因为10GBase-LX4规范采用了4路激光光源，所以在成本、光纤线径和电源成本方面较前面介绍的10GBase-LRM规范有不足之处。
2.基于双绞线（或铜线）的局域网万兆以太网规范
在2002年发布的几个万兆以太网规范中并没有支持铜线这种廉价传输介质的，但事实上，像双绞线这类铜线在局域网中的应用是最普遍的，不仅成本低，而且容易维护，所以在近几年就相继推出了多个基于双绞线（6类以上）的万兆以太网规范包括10GBase-CX4、10GBase-KX4、10GBase-KR、10GBase-T。下面分别予以简单介绍。
（1）10GBase-CX4
10GBase-CX4对应的就是2004年发布的IEEE 802.3ak万兆以太网标准。10GBase-CX4使用802.3ae中定义的XAUI（万兆附加单元接口）和用于InfiniBand中的4X连接器，传输介质称之为“CX4铜缆”（其实就是一种屏蔽双绞线），它的有效传输距离仅15m。
10GBase-CX4规范不是利用单个铜线链路传送万兆数据，而是使用4台发送器和4台接收器来传送万兆数据，并以差分方式运行在同轴电缆上，每台设备利用8B/10B编码，以每信道3.125GHz的波特率传送2.5Gb/s的数据。这需要在每条电缆组的总共8条双同轴信道的每个方向上有4组差分线缆对。另外，与可在现场端接的5类、超5类双绞线不同，CX4线缆需要在工厂端接，因此客户必须指定线缆长度。线缆越长一般直径就越大。
10GBase-CX4的主要优势就是低电源消耗、低成本、低响应延时，但是接口模块比SPF+的大。
（2）10GBase-KX4 和10GBase-KR
10GBase-KX4 和10GBase-KR所对应的是2007年发布的IEEE 802.3ap标准。它们主要用于背板应用，如刀片服务器、路由器和交换机的集群线路卡，所以又称之为“背板以太网”。
万兆背板目前已经存在并行和串行两种版本。并行版（10GBase-KX4规范）是背板的通用设计，它将万兆信号拆分为4条通道（类似XAUI），每条通道的带宽都是3.125Gb/s。而在串行版（10GBase-KR规范）中只定义了一条通道，采用64/66B编码方式实现10Gb/s高速传输。在10GBase-KR规范中，为了防止信号在较高的频率水平下发生衰减，背板本身的性能需要更高，而且可以在更大的频率范围内保持信号的质量。IEEE 802.3ap标准采用的是并行设计，包括两个连接器的1m长铜布线印刷电路板。10GBase-KX4使用与10GBase-CX4规范一样的物理层编码，10GBase-KR使用与10GBase-LR/ER/SR三个规范一样的物理层编码。目前，对于具有总体带宽需求或需要解决走线密集过高问题的背板，有许多家供应商提供的SerDes芯片均采用10GBase-KR解决方案。
（3）10GBase-T
10GBase-T对应的是2006年发布的IEEE 802.3an标准，可工作在屏蔽或非屏蔽双绞线上，最长传输距离为100m。这可以算是万兆以太网一项革命性的进步，因为在此之前，一直认为在双绞线上不可能实现这么高的传输速率，原因就是运行在这么高工作频率（至少为500MHz）基础上的损耗太大。但标准制定者依靠4项技术构件使10GBase-T变为现实：损耗消除、模拟到数
字转换、线缆增强和编码改进。
10GBase-T 的电缆结构也可用于1000Base-T 规范，以便使用自动协商协议顺利从1000Base-T 升级到10GBase-T 网络。10GBase-T 相比其他10G 规范而言，具有更高的响应延时和消耗。在2008年，有多个厂商推出一种硅元素可以实现低于6W 的电源消耗，响应延时小于百万分之一秒（也就是1μs ）。在编码方面，不是采用原来1000Base-T 的PAM-5，而是采用了PAM-8编码方式，支持833Mb/s 和400MHz 带宽，对布线系统的带宽要求也相应地修改为500MHz ，如果仍采用PAM-5的10GBase-T 对布线带宽的需求是625MHz 。
在连接器方面，10GBase-T 使用已广泛应用于以太网的650MHz 版本RJ-45连接器。在6类线上最长有效传输距离为55m ，而在6a 类类双线上可以达到100m 。
3. 基于光纤的广域网万兆以太网规范
前面提到的10GBase-SW 、10GBase-LW 、10GBase-EW 和10GBase-ZW 规范都是应用于广域网的物理层规范，专为工作在OC-192/STM-64 SDH/SONET 环境而设置，使用轻量的SDH （Synchronous Digital Hierarchy ，同步数字体系）/SONET （Synchronous Optical Networking ，同步光纤网络）帧，运行速率为9.953Gb/s 。它们所使用的光纤类型和有效传输距离分别对应于前面介绍的10GBase-SR 、10GBase-LR 、10GBase-ER 和10GBase-ZR 规范。在10GBase-LX4和10GBase-CX4规范中没有广域网物理层，因为以前的SONET/SDH 标准都是工作在串行传输方式的，而10GBase-LX4和10GBase-CX4规范采用的是并行传输方式。
以上各种规范的综合比较如表1所示。
表1 万兆以太网规范比较 万兆以太网规范
使用的传输介质 有效距离 应用领域
10GBase-SR
850nm 多模光纤，50μm 的OM3光纤 300m 局域网 10GBase-LR
1310nm 单模光纤 10km 10GBase-LRM
62.5 μm 多模光纤，OM3光纤 260m 10GBase-ER
1550nm 单模光纤 40km 10GBase-ZR
1550nm 单模光纤 80km 10GBase-LX4
1300nm 单模或者多模光纤 300m （多模时），10km （单模时） 10GBase-CX4
屏蔽双绞线 15米 10GBase-T
6类、6a 类双绞线 55m （6类线时），100m （6a 类线时） 10GBase-KX4
铜线（并行接口） 1m 背板以太网 10GBase-KR
铜线（串行接口） 1m 10GBase-SW
850nm 多模光纤，50μm 的OM3光纤 300m SDH/SONET 广域网 10GBase-LW
1310nm 单模光纤 10km 10GBase-EW
1550nm 单模光纤 40km 10GBase-ZW 1550nm 单模光纤 80km
4.万兆以太网物理层规格
在IEEE 802.3ae中定义了万兆以太网物理层规格（PHY）和支持光模块，如图1（左）所示（左）。在以太网标准中，光模块被正式定义为一种物理媒体依赖接口（PMD）。右图显示了PMD、PHY和MAC（媒体访问控制）在交换路由器板卡上的逻辑设计。万兆以太网MAC（右图）在服务接口（向PHY）以10Gb/s的速率运行，在MAC PHY层之间适应速率，通过调试Inter-Packet Gaps （IPG）以适应LAN PHY和WAN PHY的略有不懂的数据速率。速率适应机制在IEEE 802.3ae中叫做Open Loop Control。
图1 Stack Diagram of 10GE PHYS & PMDs Typical Switch Card Layout
4.1 万兆以太网物理层规格（PHY）
（1）连续LAN PHY
连续物理层由64b/66b多媒体数字信号编解码器（译码/解码)配置和serializer/deserializer (SerDes)组成。64b/66b多媒体数字信号编解码器配置是执行包描绘的块状编码配置。SerDes为连续光模块或PMD，在传送器上将16- bit并行数据路径（每个644 Mb/s）排序到一个10.3Gb/s的连续数据流，并将一个10.3Gb/s的连续数据流去序列化到16-bit并行数据路径（每个644Mb/s）。
（2）连续WAN PHY
连续WAN PHY由WAN接口子层（WIS）、64b/66b多媒体数据信号编解码器配置（与上文描述一样）、和SerDes组成，SerDes也与上文描述一样，除了连续数据流的速度为9.95Gb/s（OC-192），每个16-bit并行数据路径为622Mb/s。WIS为SONET framing和X7+ X6 + 1 scrambling专门设计。与SONET OC-192速度结合，连续WAN PHY使万兆以太网能在现有SONET OC-192设施和10Gb/s Dense Wavelength Division Multiplexing （DWDM）光学网络上无中断运行。
万兆以太网物理媒体独立接口
图2显示了万兆以太网PHY和万兆以太网PMD光纤类型和最大确保距离。前四个PMD 由IEEE 802.3ae定义，后两个PMD目前市场上可得。凭借新的High-Band Multi-Mode fiber
（HDMMF），850nm连续光模块支持高达300米。
图2 万兆以太网PHY和万兆以太网PMD光纤类型和最大确保距离
万兆以太网应用——基于不同PHY和PMD的结合
具有850nm连续光模块的LAN/WAN PHY（连续）：Intra POP/数据中心连接；
具有1310nm连续光模块的WAN PHY（连续）：以太网到DWDM/SONET OC-192 ；
具有1550nm连续光模块的WAN PHY（连续）：Inter POP/数据中心连接（长距离）；
在国际标准组织开放式系统互联（OSI）参考模型下，以太网是第二层协议。万兆以太网使用IEEE 802.3以太网介质访问控制协议（MAC）、IEEE 802.3以太网帧格式以及IEEE 802.3最小和最大帧尺寸。
正如1000Base-X和1000Base-T（千兆以太网）都属于以太网一样，从速度和连接距离上来说，万兆以太网是以太网技术自然发展中的一个阶段。但是，因为它是一种只适用于全双工模式，并且只能使用光纤的技术，所以它不需要带有冲突检测的载波侦听多路访问协议（CSMA/CD）。除此之外，万兆以太网与原来的以太网模型完全相同。
在以太网中，PHY表示以太网的物理层设备，它对应于OSI模型的第一层。PHY通过连接介质（光纤或铜线）与MAC层相连，而MAC层对应的是OSI模型中的第二层。在以太网的体系结构中，PHY（第一层）进一步划分为物理介质层（PMD）和物理编码子层（PCS）。例如，光纤收发机属于PMD，PCS 由编码器和一个并串转换器或复用功能组成。
802.3ae规范定义了两种PHY类型：局域网PHY和广域网PHY。广域网PHY在局域网PHY功能的基础上增加了一个扩展特性集。这些PHY惟一的区别在PCS上。同时，PMD 也有多种类型，见图3。
图3 局域网PHY和广域网PHY
芯片接口（XAUI）
在万兆以太网特别工作组的诸多创新中，有一个被称做XAUI（读作“Zowie”）的接口。其中的“AUI”部分指的是以太网连接单元接口（Ethernet Attachment Unit Interface）。“X”代表罗马数字10，它意味着每秒万兆(10Gbps)。XAUI被设计成一个接口扩展器，它扩展的接口就是XGMII（与介质无关的万兆接口）。XGMII是一个74位信号宽度的接口（发送与接收用的数据路径各占32位），可用于把以太网MAC层与物理层（PHY）相连。在大多数典型的以太网MAC和PHY相连的、芯片对芯片的应用中，XAUI可用来代替或者扩展XGMII。
XAUI是一种从1000Base-X万兆以太网的物理层直接发展而来的低针数、自发时钟串行总线。XAUI接口的速度为1000Base-X 的2.5倍。通过调整4根串行线，这种4bit的XAUI 接口可以支持万兆以太网10倍于千兆以太网的数据吞吐量。
XAUI使用与1000Base-X同样的8B/10B传输编码，并通过印刷电路板上的铜线等常用介质提供高质量的完整数据。XAUI还包括其他一些优势：由于采用自发时钟，所以产生的电磁干扰（EMI）极小；具有强大的多位总线变形补偿能力；可实现更远距离的芯片对芯片的传输；具备较强的错误检测和故障隔离功能；功耗低，能够将XAUI输入/输出集成到CMOS 中等。
许多零部件厂商都已经宣布在自己的独立芯片、专用集成电路（ASIC）芯片、甚至FPGA （可编程门阵列）中提供XAUI接口能力。万兆以太网的XAUI 技术与其他主要的工业标准是相同或相当的，如InfinaBand、万兆光纤通道以及通用的铜线和光纤主干互连等，这一点可以确保万兆互连技术能够在健康有序的市场竞争中，以低廉的的成本提供出色的产品。
XAUI的具体应用目标包括：从MAC到物理层芯片之间的互连，以及从MAC到光纤收发器模块之间的直接连接。XAUI是标准草案建议中万兆可插式光纤模块（XGP）的接口。将XAUI解决方案与XGP集成为一体后，万兆以太网的多个端口便可以实现MAC与光纤模块之间的互连。这种连接方式成本低、效率高，而且只需要通过印刷线路的铜导线便可实现MAC与光纤模块之间的连接。
图4 XAUI可充当MAC和PCS之间的一个扩展接口
4.2 相关物理介质层（PMD）
IEEE 802.3ae 特别工作组已经开发了一个标准草案，它所提供的物理层可以支持光纤传输介质。其连接距离如右表所示。
为了达到特定的距离，特别工作组共选择了4个PMD。其中，特别工作组选择了1310纳米串联PMD来实现2公里和10公里单模式光纤（SMF）的连接；选择1550纳米的串联方案来实现（或者超越）40公里的SMF目标。对40公里PMD的支持说明，千兆以太网已经能够成功地应用在城域网和局域网的远距离通信中。特别工作组还选用串行850纳米收发器，在多模光纤上使用850纳米的PMD实现65米的传输目标。
另外，特别工作组选择了两种宽波分复用（WWDM）的PMD，其中一种是1310纳米的单模光纤，用于10公里范围的应用；另一种1310纳米PMD用于在已安装的多模光纤上实现300米的传输目标。
物理层（PHY）
局域网物理层和广域网物理层将在共同的PMD上工作，因此，它们支持的距离也相同。这些物理层的惟一区别在于物理编码子层（PCS）各有不同。万兆局域网物理层的用途是以10倍的带宽来支持现有的千兆以太网应用，这也是目前性价比最高的解决方案。随着时间的推移，预计LAN PHY将被用于纯光纤交换网络环境中，并且可以扩展到广域网的范围。然而，为了能与现有的广域网兼容，万兆以太网WAN PHY将会支持现有的和未来将要安装的SONET/SDH（同步光纤网络/同步数字层）电路交换话音接入设备。
广域网物理层（WAN PHY）与局域网物理层（LAN PHY）的区别在于广域网接口子层（WIS）包含一个简化的SONET/SDH 帧编制器。因为SONET OC-192/SDH STM-64的运行速率只有万兆以太网的百分之几，所以要想实施一个能够与局域网物理层以10Gbps和谐工作的MAC也较为简单；同样，也可以以较为简单的方式实施能够与广域网物理层配合工作的MAC，其有效速率大约为9.29Gbps。
为了降低广域网物理层在实施过程中的成本，工作组没有实现物理层与SONET/SDH波动、分层时钟，以及某些光纤规格兼容。从根本上来说，广域网物理层是使用通用以太网PMD实现的高性价比连接。它可以向SONET/SDH基础设施提供访问能力，使基于包的IP/以太网交换机可以附加至SONET/SDH和时分复用（TDM）基础设施上。在广域网传输主干网上，这一特性使得以太网可以将SONET/SDH作为其第一传输层。
还有一点需要指出的是，以太网仍然是一种异步连接。与任何以太网一样，万兆以太网的计时和同步工作在每个字符的数据位流中进行，但是接收端的集线器、交换机或路由器可能会对数据进行重新计时和同步。相比之下，同步协议，包括SONET/SDH在内，要求所有设备共享同一系统时钟，其目的是避免在传送和接收设备之间出现时间错乱。因为如果发生时间错乱，网络传输过程中的错误会增多，特别对于那些需要及时传输数据的网络来说，时间错乱是最为致命的问题。
表2 工作组确定光纤传输的目标距离
可选收发机所支持的光纤型号目标距离(米)
850nm串行多模65
1310nmWWDM 多模300
1310nmWWDM 单模10000
1310nm串行单模10000
1550nm串行单模40000 广域网物理层将诸如交换机或路由器这样的数据设备连入SONET/SDH或光纤网络中。这样便可以以最简单的方式对以上网络中的以太网进行扩展。因此，两台路由器在工作时就好像它们是通过以太网链路直接连在一起的。由于在它们之间不需要网桥或存储转发缓存设备，所以，不同服务中所有的IP流量管理系统都是在连接两台路由器的扩展万兆以太网链路中运行的。
为简化扩展万兆以太网链路的管理工作，广域网物理层可以提供多种SONET/SDH管理信息，网络管理员能够像查看SONET/SDH链路一样，查看以太广域网物理层的信息。网络管理员还可以利用SONET/SDH管理功能，在整个网络中进行性能监测和错误隔离操作，操作对象包括万兆以太网广域网链路。SONET/SDH管理信息是由广域网接口子层（WIS）提供的，WIS的工作范围介于局域网物理层的64B/66B PCS和串行PMD层之间。
万兆以太网规范 从前面的介绍可以得出，就目前来说，万兆以太网标准和规范都比较繁多，在标准方面，有2002年的IEEE ，2004年的IEEE ，2006年的IEEE 、IEEE 和2007年的IEEE ；在规范方面，总共有10多个（是一比较庞大的家族，比千兆以太网的9个又多了许多）。在这10多个规范中，可以分为三类：一是基于光纤的局域网万兆以太网规范，二是基于双绞线（或铜线）的局域网万兆以太网规范，三是基于光纤的广域网万兆以太网规范。下面分别予以介绍。 1．基于光纤的局域网万兆以太网规范 就目前来说，用于局域网的基于光纤的万兆以太网规范有：10GBase-SR、 10GBase-LR、10GBase-LRM、10GBase-ER、10GBase-ZR和10GBase-LX4这六个规范。 10GBase-SR 10GBase-SR中的"SR"代表"短距离"（short range）的意思，该规范支持编码方式为64B/66B的短波（波长为850nm）多模光纤（MMF），有效传输距离为2～300m，要支持300m传输需要采用经过优化的50μm线径OM3（Optimized Multimode 3，优化的多模3）光纤（没有优化的线径50μm光纤称为OM2光纤，而线径为μm的光纤称为OM1光纤）。 10GBase-SR具有最低成本、最低电源消耗和最小的光纤模块等优势。 10GBase-LR 10GBase-LR中的"LR"代表"长距离"（Long Range）的意思，该规范支持编码方式为64B/66B的长波（1310nm）单模光纤（SMF），有效传输距离为2m到10km，事实上最高可达到25km。 10GBase-LR的光纤模块比下面将要介绍的10GBase-LX4光纤模块更便宜。 10GBase-LRM 10GBase-LRM中的"LRM"代表"长度延伸多点模式"（Long Reach Multimode），对应的标准为2006年发布的IEEE 。在1990年以前安装的FDDI m多模光纤的FDDI 网络和100Base-FX网络中的有效传输距离为220m，而在OM3光纤中可达260m，在连接长度方面，不如以前的10GBase-LX4规范，但是它的光纤模块比10GBase-LX4规范光纤模块具有更低的成本和更低的电源消耗。 10GBase-ER
资料编码产品名称 使用对象产品版本 编写部门资料版本 以太网标准和物理层、数据链路层专题 拟制：日期： 审核：日期： 审核：日期： 批准：日期： 华为技术有限公司 版权所有侵权必究 修订记录 日期修订版本作者描述
目录 1 以太网标准 5 1.1 以太网标准 5 1.2 IEEE标准 5 1.3 物理层 8 1.3.1 以太网接口类型 8 1.3.2 电口 8 1.3.3 光口 11 1.4 FE自协商 12 1.4.1 自协商技术的功能规范 13 1.4.2 自协商技术中的信息编码 14 1.4.3 自协商功能的寄存器控制 16 1.4.4 GE自协商 18 1.5 物理层芯片和MAC层芯片接口简介 19 1.5.1 MII 19 1.5.2 MDIO管理寄存器 20 1.5.3 RMII 20
1.5.4 SMII 21 1.5.5 SS－SMII 21 1.5.6 GMII 22 1.5.7 TBI 22 2 以太网数据链路层 23 2.1 以太网的帧格式 23 2.2 以太网的MAC地址 25 2.3 CSMA/CD算法 26 2.3.1 CSMA/CD发送过程 27 2.3.2 CSMA/CD如何接收 28 2.4 半双工以太网的限制 31 2.5 以太网流量控制 34 2.5.1 反压（Backpressure） 34 2.5.2 PAUSE 流控 34 关键词： 以太网物理层数据链路局域网城域网协议标准祯结构
摘要： 本文详细地阐述了以太网的标准，以太网在各个传输层面的具体结构和工作方式以及控制方式。 缩略语清单： 无。 参考资料清单 无。 以太网标准和物理层、数据链路层专题 1 以太网标准 1.1 以太网标准 局域网(LAN)技术用于连接距离较近的计算机，如在单个建筑或类似校园的集中建筑中。城市区域网(MAN)是基于10－100Km的大范围距离设计的，因此需要增强其可靠性。但随着通信的发展，从技术上看，局域网和城域网有融合贯通的趋势。 1.2 IEEE标准 IEEE是电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers）的简称，IEEE组织主要负责有关电子和电气产品的各种标准的制定。IEEE于1980年2月成立了IEEE 802委员会，专门研究和指定有关局域网的各种标准。IEEE 802委员会由6个分委员会组成，其编号分别为802.1
以太网技术在工业控制领域的应用及意义 随着计算机和网络技术的飞速发展，在企业网络不同层次间传送的数据信息己变得越来越复杂，工业网络在开放性、互连性、带宽等方面提出了更高的要求。现场总线技术适应了工业网络的发展趋势，用数字通信代替传统的模拟信号传输，大量地减少了仪表之间的连接电缆、接线端口等，降低了系统的硬件成本，被誉为自动化领域的计算机局域网。 现场总线的出现，对于实现面向设备的自动化系统起到了巨大的推动作用，但现场总线这类专用实时通信网络具有成本高、速度低和支持应用有限等缺陷，以及总线通信协议的多样性使得不同总线产品不能直接互连、互用和互可操作等，无法达到全开放的要求，因此现场总线在工业网络中的进一步发展受到了限制。 随着Internet技术的不断发展，以太网己成为事实上的工业标准，TCP/IP 的简单实用已为广大用户所接受，基于TCP/IP协议的以太网可以满足工业网络各个层次的需求。目前不仅在办公自动化领域，而且在各个企业的上层网络也都广泛使用以太网技术。由于它技术成熟，连接电缆和接口设备价格较低，带宽也在飞速增加，特别是快速Ethernet与交换式Ethernet的出现，使人们转向希望以物美价廉的以太网设备取代工业网络中相对昂贵的专用总线设备。 Ethernet通信机制 Ethernet是IEEE802. 3所支持的局域网标准，最早由Xerox开发，后经数字仪器公司、Intel公司和Xerox联合扩展，成为Ethernet标准。Ethernet采用星形或总线形结构，传输速率为10Mb/s，100 Mb/s，1000 Mb/s或是更高，传输介质可采用双绞线、光纤、同轴电缆等，网络机制从早期的共享式发展到目前盛行的交换式，工作方式从单工发展到全双工。 在OSI/ISO 7层协议中，Ethernet本身只定义了物理层和数据链路层，作为一个完整的通信系统，它需要高层协议的支持。自从APARNET将TCP/IP和Ethernet捆绑在一起之后，Ethernet便采用TCP/IP作为其高层协议，TCP用来保证传输的可靠性，IP则用来确定信息传递路线。 Ethernet的介质访问控制层协议采用CSMA/CD，其工作原理如下：某节点要
万兆技术及万兆网络设 计 标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]
万兆技术及万兆网络设计 摘要：本文主要参考了万兆技术的发展，万兆技术的优势和应用特点，分析了万兆技术在校园网网络建设中的需求，阐述了构建万兆园区网的主要架构，并描述和万兆网络布线相关的经验。 关键词：万兆万兆网络 一、万兆技术的出现 目前应用最为广泛的以太网技术最早出现于1973年，当初的速率只有3M，后来陆续出现了10M、100M、1000M、10G的以太网技术，在30多年的时间里，以太网技术得到了飞速的发展，增长了3千多倍，推动了各行业信息化的突飞猛进。 2002年6月份，万兆以太网技术基于光纤传输的第一个标准IEEE 获得了通过。这个统一的标准，使用户在选择时不必再担心厂商之间的产品不能兼容的问题，大大规范了产商之间的竞争。其最终对万兆以太网技术发展的促进意义，是显而易见的。目前，包括锐捷网络、Cisco、华为3Com等公司在内的多家厂商已推出多款万兆以太网交换机产品，成就了今天以太网技术的全新局面。万兆以太网采用了以太网媒体访问控制（MAC）协议、以太网帧格式，保留以太网的最大帧长和最小帧长。万兆以太网是以太网在速度和距离方面的进化，定义了广域网和局域网两种物理层，是一种只采用全双工的技术。 二、万兆以太网的技术特色和应用特征 1、从技术角度分析，万兆以太网具有以下特色： 首先，万兆以太网相对于以往代表最高适用度的千兆以太网拥有着绝对的优势和特点。其技术特色首先表现在物理层面上。万兆以太网是一种只采用全双工与光纤的技术，
其物理层(PHY)和OSI模型的第一层(物理层)一致，它负责建立传输介质(光纤或铜线)和MAC层的连接，MAC层相当于OSI模型的第二层(数据链路层)。 其次，万兆以太网技术基本承袭了以太网、快速以太网及千兆以太网技术，因此在用户普及率、使用方便性、网络互操作性及简易性上皆占有极大的引进优势。在升级到万兆以太网解决方案时，用户不必担心既有的程序或服务是否会受到影响，升级的风险非常低，同时在未来升级到100G都将是很明显的优势。 第三，万兆标准意味着以太网将具有更高的带宽(10GB)和更远的传输距离(最长传输距离可达80公里)。 第四、在企业网中采用万兆以太网可以最好地连接企业网骨干路由器，这样大大简化了网络拓扑结构，提高网络性能。 第五、万兆以太网技术提供了更多的更新功能，大大提升QoS，具有相当的革命性，因此，能更好的满足网络安全、服务质量、链路保护等多个方面需求。 最后，随着网络应用的深入，WAN/MAN与LAN融和已经成为大势所趋，各自的应用领域也将获得新的突破，而万兆以太网技术让工业界找到了一条能够同时提高以太网的速度、可操作距离和连通性的途径，万兆以太网技术的应用必将为三网发展与融和提供新的动力。 2、万兆以太网还有十分明显的应用特征： 1、万兆以太网结构简单、管理方便、价格低廉。由于没有采用访问优先控制技术，简化了访问控制的算法，从而简化了网络的管理，并降低了部署的成本，因而得到了广泛的应用。
百度文库-让每个人平等地提升自我 10GBase-ER 5.5.1万兆以太网规范 5.5.1万兆以太网规范 从前面的介绍可以得出，就目前来说，万兆以太网标准和规范都比较繁多，在标准方面，有2002 年的IEEE ，2004 年的IEEE ，2006 年的IEEE、IEEE 和2007 年的IEEE ;在规范方面，总共有10多个（是一比较庞大的家族，比千兆以太网的9个又多了许多）。在这 10多个规范中，可以分为三类：一是基于光纤的局域网万兆以太网规范，二是基于双绞线 （或铜线）的局域网万兆以太网规范，三是基于光纤的广域网万兆以太网规范。下面分别予 以介绍。 1 ?基于光纤的局域网万兆以太网规范 就目前来说，用于局域网的基于光纤的万兆以太网规范有：10GBase-SR、10GBase-LR、10GBase-LRM、10GBase-ER、10GBase-ZR 和10GBase-LX4 这六个规范。 10GBase-SR 10GBase-SR中的"SR"代表”短距离”（short range）的意思，该规范支持编码方式为 64B/66B的短波（波长为850nm）多模光纤（MMF ），有效传输距离为2?300m，要支持300m 传输需要采用经过优化的50艸线径0M3 （Optimized Multimode 3，优化的多模3）光纤（没有优化的线径50 ^m光纤称为OM2光纤，而线径为叩的光纤称为OM1光纤）。 10GBase-SR具有最低成本、最低电源消耗和最小的光纤模块等优势。 10GBase-LR 10GBase-LR中的"LR"代表"长距离”（Long Range）的意思，该规范支持编码方式为 64B/66B的长波（1310nm）单模光纤（SMF），有效传输距离为2m到10km，事实上最高可达到25km。 10GBase-LR的光纤模块比下面将要介绍的10GBase-LX4光纤模块更便宜。 10GBase-LRM 10GBase-LRM中的"LRM"代表"长度延伸多点模式"（Long Reach Multimode ），对应的标准为2006年发布的IEEE。在1990年以前安装的FDDI ?m多模光纤的FDDI网络和100Base-FX网络中的有效传输距离为220m，而在OM3光纤中可达260m,在连接长度方面，不如以前的10GBase-LX4规范，但是它的光纤模块比10GBase-LX4规范光纤模块具有更低的成本和更低的电源消耗。
修订记录 第二章以太网标准 目标： 了解以太网标准结构。 熟悉各以太网标准定义的内容 一、以太网标准 局域网(LAN)技术用于连接距离较近的计算机，如在单个建筑或类似校园的集中建筑中。城市区域网(MAN)是基于10－100Km的大范围距离设计的，因此需要增强其可靠性。但随着通信的发展，从技术上看，局域网和城域网有融合贯通的趋势。 IEEE是电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers）的简称，IEEE组织主要负责有关电子和电气产品的各种标准的制定。 IEEE于1980年2月成立了IEEE 802委员会，专门研究和指定有关局域网的各种标准。IEEE 802委员会由6个分委员会组成，其编号分别为802.1至802.6，其标准分别称为标准802.1至标准802.6，目前它已增加到12个委员会，这些分委员会的职能如下： ·802.1--高层及其交互工作。提供高层标准的框架，包括端到端协议、网络互 连、网络管理、路由选择、桥接和性能测量。 ·802.2--连接链路控制LLC，提供OSI数据链路层的高子层功能，提供LAN 、 MAC子层与高层协议间的一致接口。 ·802.3--以太网规范，定义CSMA/CD标准的媒体访问控制（MAC）子层和物理 层规范。 ·802.4--令牌总线网。定义令牌传递总线的媒体访问控制（MAC）子层和物理 层规范。 ·802.5--令牌环线网，定义令牌传递环的媒体访问控制（MAC）子层和物理层 规范。 ·802.6--城域网MAN，定义城域网（MAN）的媒体访问控制（MAC）子层和物理
工业以太网的特色技术及其应用选择 发布时间：2007-05-15 浏览次数：105 | 我要说几句 | ?? 用户解决方案2012优秀论文合订本 ?? NIDays2012产品演示资料套件 ?? 《提高测量精度的七大技巧》资源包 ?? LabVIEW 2012评估版软件 关键词：工业以太网实时特色技术 编者按：工业以太网成为自动化领域业界的技术热点已有时日，其技术本身尚在发展之中，还没有走向成熟，还存在许多有待解决的问题。究竟什么是工业以太网，它有哪些特色技术，如何应用与选择适合自己需求的工业以太网技术与产品，依然是今天人们所关心的问题。 一什么是工业以太网 工业以太网技术，是以太网或者说是互联网系列技术延伸到工业应用环境的产物。前者源于后者又不同于后者。以太网技术原本不是为工业应用环境准备的。经过对工业应用环境适应性的改造，通信实时性改进，并添加了一些控制应用功能后，形成了工业以太网的技术主体。因此，工业以太网是一系列技术的综称。 二工业以太网涉及企业网络的各个层次
企业网络系统按其功能划分，一般称为以下三个层次：企业资源规划层(Enterprise Resource Plan NI ng, ERP)、制造执行层(Manufacturing Excurtion System, MES)和现场控制层(Field Control System，FCS)。通过各层之间的网络连接与信息交换，构成完整的企业信息系统。( 见图1) 图中的ERP与MES功能层属于采用以太网技术构成信息网络。这个层次的工业以太网，其核心技术依然是信息网络中原本的以太网以及互联网系列技术。工业以太网在该层次的特色技术是对其实行的工业环境适应性改造。而现场控制层FCS中，基于普通以太网技术的控制网络、实时以太网则属于该层次中工业以太网的特色技术范畴。可以把工业以太网在该层的特色技术看作是一种现场总线技术。除了工业环境适应性改造的内容之外，通信实时性、时间发布与同步、控制应用的功能与规范，则成为工业以太网在该层次的技术核心。
5.5.1 万兆以太网规范 5.5.1 万兆以太网规范 从前面的介绍可以得出，就目前来说，万兆以太网标准和规范都比较繁多，在标准方面，有2002年的IEEE 802.3ae，2004年的IEEE 802.3ak，2006年的IEEE 802.3an、IEEE 802.3aq 和2007年的IEEE 802.3ap；在规范方面，总共有10多个（是一比较庞大的家族，比千兆以太网的9个又多了许多）。在这10多个规范中，可以分为三类：一是基于光纤的局域网万兆以太网规范，二是基于双绞线（或铜线）的局域网万兆以太网规范，三是基于光纤的广域网万兆以太网规范。下面分别予以介绍。 1．基于光纤的局域网万兆以太网规范 就目前来说，用于局域网的基于光纤的万兆以太网规范有：10GBase-SR、10GBase-LR、10GBase-LRM、10GBase-ER、10GBase-ZR和10GBase-LX4这六个规范。 10GBase-SR 10GBase-SR中的"SR"代表"短距离"（short range）的意思，该规范支持编码方式为 64B/66B的短波（波长为850nm）多模光纤（MMF），有效传输距离为2～300m，要支持300m传输需要采用经过优化的50μm线径OM3（Optimized Multimode 3，优化的多模3）光纤（没有优化的线径50μm光纤称为OM2光纤，而线径为62.5μm的光纤称为OM1光纤）。 10GBase-SR具有最低成本、最低电源消耗和最小的光纤模块等优势。 10GBase-LR 10GBase-LR中的"LR"代表"长距离"（Long Range）的意思，该规范支持编码方式为 64B/66B的长波（1310nm）单模光纤（SMF），有效传输距离为2m到10km，事实上最高可达到25km。 10GBase-LR的光纤模块比下面将要介绍的10GBase-LX4光纤模块更便宜。 10GBase-LRM 10GBase-LRM中的"LRM"代表"长度延伸多点模式"（Long Reach Multimode），对应的标准为2006年发布的IEEE 802.3aq。在1990年以前安装的FDDI 62.5?m多模光纤的FDDI 网络和100Base-FX网络中的有效传输距离为220m，而在OM3光纤中可达260m，在连接长度方面，不如以前的10GBase-LX4规范，但是它的光纤模块比10GBase-LX4规范光纤模块具有更低的成本和更低的电源消耗。 10GBase-ER
以太网物理层信号测试与分析 1 物理层信号特点 以太网对应OSI七层模型的数据链路层和物理层，对应数据链路层的部分又分为逻辑链路控制子层(LLC)和介质访问控制子层(MAC)。MAC与物理层连接的接口称作介质无关接口（MII）。物理层与实际物理介质之间的接口称作介质相关接口（MDI）。在物理层中，又可以分为物理编码子层（PCS）、物理介质连接子层（PMA）、物理介质相关子层（PMD）。根据介质传输数据率的不同，以太网电接口可分为10Base-T，100Base-Tx和1000Base-T三种，分别对应10Mbps，100Mbps和1000Mbps三种速率级别。不仅是速率的差异，同时由于采用了不同的物理层编码规则而导致对应的测试和分析方案也全然不同，各有各的章法。下面先就这三种类型以太网的物理层编码规则做一分析。 1、1 10Base-T 编码方法 10M以太网物理层信号传输使用曼彻斯特编码方法，即“0”=由“+”跳变到“-”，“1”=由“-”跳变到“+”,因为不论是”0”或是”1”,都有跳变,所以总体来说,信号是DC平衡的, 并且接收端很容易就能从信号的跳变周期中恢复时钟进而恢复出数据逻辑。 图1 曼彻斯特编码规则 1、2100Base-Tx 编码方法 100Base-TX又称为快速以太网，因为通常100Base-TX的PMD是使用CAT5线传输，按TIA/EIA-586-A定义只能达到100MHz，而当PCS层将4Bit编译成5Bit时，使100Mb/s数据流变成125Mb/s数据流，所以100Base-TX同时采用了MLT-3（三电平编码）的信道编码方法，目的是使MDI的5bit输出的速率降低了。MLT-3定义只有数据是“1”时，数据信号状态才跳变，“0”则保持状态不变，以减低信号跳变的频率，从而减低信号的频率。
千兆以太网技术与应用 1. 简介 于1998年6月通过的IEEE 802.3z千兆比以太网标准描述了用于一个通用链路编码且可进行1000Mb/s 传输的3个物理层接口(1000BASE-SX、1000BASE-LX和1000BASE-CX)。1000BASE-SX、 1000BASE-LX接口采用光纤作为介质时，最远传输距离可达5000米，因而可应用于建筑物内或校园主干网络。 1000BASE-CX接口计划用于限制在25米内的计算机房内的连接。 IEEE 802.3ab千兆比以太网标准于1999年6月通过认证，它描述了用于不同线路编码的附加物理层接口(1000BASE-T)。 1000BASE-T接口通过5类非屏蔽双绞线(UTP)介质传输的最远距离可达100米，并主要应用于面向桌面的网络连接。 在1999年3月，一个IEEE 802.3研究小组正式成立，主要致力于发展通过光纤介质传输万兆比以太网的标准。 2. 铜缆布线系统 事实上，所有采用结构化综合布线系统的建筑物都有双绞线铜缆水平子系统，用于连接每一层的通讯配线间和墙上的信息出口。而这些布线系统的安装大部分都采用5类产品，所以1000BASE-T是设计应用于5类布线系统的。 1000BASE-T采用一根电缆中的所有4对线来传输，每对线的有效传输速率为250Mb/s，以此完成全双工传输。为了应用于5类带宽的布线系统，1000BASE-T 采用5级编码传输，而接收器采用数字信号处理(DSP)技术以减少来自布线系统中反射和近端串音干扰(NEXT)的影响。 应用于1000BASE-T的布线系统要求包括原5类系统未描述的附加的传输性能，如ELFEXT(等电平远端串扰)和回路损耗。这可由经强力推荐的最新专业测试仪测试、认可，多数已安装的5类布线系统能够支持1000BASE-T来证实。 ---https://www.doczj.com/doc/57660878.html,(学电脑) 1000BASE-T布线系统的规范将反馈到随ANSI/TIA/EIA的发展而形成的新的规程中。“4对100欧姆5类布线系统的附加传输性能参数”有望于今年年底由TSB-95颁布。 ANSI/TIA/EIA还发布了一篇说明“4对100欧姆增强型5类布线系统的传输性能参数”的草案，现在已是第12稿，预计作为ANSI/TIA/EIA568A标准的附录5在今年年底颁布。该草案同TSB-95的描述类似，但回路损耗和NEXT性能指标好2dB~3dB。 ANSI建议新的布线安装至少应满足增强型5类布线性能要求。
计算机网络应用万兆以太网 在前面讲到的千兆以太网通常用作将小区用户汇聚到网络的交换中心，或者将汇聚层设备连接到骨干层。虽然以太网多链路聚合技术已完成标准化且多厂商互通指日可待，可以将多个千兆链路捆绑使用，但是考虑光纤资源以及波长资源，链路捆绑等因素，它一般只用在POP点内或者短距离应用环境。 为了解决由带宽及传输距离而导致以太网技术不适用于用在城域网骨干/汇聚层的问题，随后由IEEE 802.3委员会成立的IEEE 802.3ae工作组制定了IEEE 802.3ae 10Gbps（10000Mbps）以太网标准，从而解决了该问题。 万兆以太网能够应用到核心层之间，以及核心层与汇聚层之间的链路上，目前包括华为3Com、Cisco、Avaya、Enterasys、Foundry和Riverstone公司在内的多家厂商已经推出多款万兆以太网交换机产品，成就了今天以太网技术的全新局面。 万兆以太网同样保留了IEEE 802.3的大部分格式，但它只支持全双工工作模式、使用光纤作为传输媒体，制定了新的光物理媒体相关子层（PMD）具有更高的数据传输速率。 万兆以太网包括IEEE 802.3ae万兆以太网标准和IEEE 802.3ak万兆以太网标准两种技术标准。 1．IEEE 802.3ae万兆以太网标准 IEEE 802.3ae万兆以太网标准是基于光纤设计的，它定义了在光纤上传输10Gbps以太网的标准，传输距离从300米到40公里，它将物理层分为局域网物理层（LAN PHY）和广域网物理层（WAN PHY）两个层次，其体系结构如图5-10所示。 10GBASE-R10GBASE-W10GBASE-X 图5-10 IEEE 802.ae定义的LAN和WAN物理层结构 其中，局域网物理层是指与标准以太网的连接，其速率为10Gbps；广域网物理层是指与SDH/SONET的连接，其速率为9.58464Bbps。每种PHY分别可以使用10Gbase-S（850nm 短波）、10Gbase-L（1310nm长波）、10Gbase-E（1550nm长波）3种规格，其最大传输距离分别为300m、10km、40km。 10GBase-S 10GBase-S是针对有850nm激光接收器和10Gbps带宽的多模式光纤（MMF）而设计的。
5.5.1 万兆以太网规范 从前面的介绍可以得出，就目前来说，万兆以太网标准和规范都比较繁多，在标准方面，有2002年的IEEE 802.3ae，2004年的IEEE 802.3ak，2006年的IEEE 802.3an、IEEE 802.3aq和2007年的IEEE 802.3ap；在规范方面，总共有10多个（是一比较庞大的家族，比千兆以太网的9个又多了许多）。在这10多个规范中，可以分为三类：一是基于光纤的局域网万兆以太网规范，二是基于双绞线（或铜线）的局域网万兆以太网规范，三是基于光纤的广域网万兆以太网规范。下面分别予以介绍。 1．基于光纤的局域网万兆以太网规范 就目前来说，用于局域网的基于光纤的万兆以太网规范有：10GBase-SR、 10GBase-LR、10GBase-LRM、10GBase-ER、10GBase-ZR和10GBase-LX4这六个规范。 10GBase-SR 10GBase-SR中的"SR"代表"短距离"（short range）的意思，该规范支持编码方式为64B/66B的短波（波长为850nm）多模光纤（MMF），有效传输距离为2～300m，要支持300m传输需要采用经过优化的50μm线径OM3（Optimized Multimode 3，优化的多模3）光纤（没有优化的线径50μm光纤称为OM2光纤，而线径为62.5μm 的光纤称为OM1光纤）。 10GBase-SR具有最低成本、最低电源消耗和最小的光纤模块等优势。 10GBase-LR 10GBase-LR中的"LR"代表"长距离"（Long Range）的意思，该规范支持编码方式为64B/66B的长波（1310nm）单模光纤（SMF），有效传输距离为2m到10km，事实上最高可达到25km。 10GBase-LR的光纤模块比下面将要介绍的10GBase-LX4光纤模块更便宜。 10GBase-LRM 10GBase-LRM中的"LRM"代表"长度延伸多点模式"（Long Reach Multimode），对应的标准为2006年发布的IEEE 802.3aq。在1990年以前安装的FDDI 62.5?m多
基于FPGA的万兆以太网接口的设计与实现 李伟;窦衡;周宇 【期刊名称】《光通信技术》 【年(卷),期】2009(033)011 【摘要】This paper introduces the protocols of 10GE standard assocaited in Physical Coding Sublayer and Media Access Control sublayer. As used in 10GBASE-R, It specifys the function and implementation of each module in the 10GE interface in detail. FPGA report shows that the design for this 10GE interface can reach the performances of connecting the Ethernet at a high speed of 10Gb/s,which has a great effect on the improv-ing the Ethemet application scope and its performance.%介绍了IEEE802.3ae标准中万兆以太网物理层及媒质接入控制子层的相关协议.以10GBASE-R应用物理环境为例,阐述了万兆以太网接口各个单元模块的功能和设计实现方法.FPGA仿真结果表明,该万兆以太网接口可以实现以太网之间的万兆接入,对以太网的应用空间和性能提升有着重大的意义. 【总页数】3页(6-8) 【关键词】万兆以太网;物理编码子层;XGMII;XSBI;FPGA 【作者】李伟;窦衡;周宇 【作者单位】电子科技大学,成都,611731;电子科技大学,成都,611731;电子科技大学,成都,611731 【正文语种】中文
万兆以太网标准 关于万兆以太网标准 万兆以太网物理层规格 在IEEE 802.3ae中定义了万兆以太网物理层规格（PHY）和支持光模块，如下图所示（左）。在以太网标准中，光模块被正式定义为一种物理媒体依赖接口（PMD）。右图显示了PMD、PHY和MAC（媒体访问控制）在交换路由器板卡上的逻辑设计。万兆以太网MAC（右图）在服务接口（向PHY）以 10Gb/s的速率运行，在MAC PHY层之间适应速率，通过调试Inter-Packet Gaps （IPG）以适应LAN PHY和WAN PHY的略有不懂的数据速率。速率适应机制在IEEE 802.3ae中叫做Open Loop Control。 Stack Diagram of 10GE PHYS & PMDs Typical Switch Card Layout 万兆以太网物理层规格（PHY）为： 连续LAN PHY 连续物理层由64b/66b多媒体数字信号编解码器（译码/解码)配置和serializer/deserializer (SerDes)组成。64b/66b多媒体数字信号编解码器配置是执行包描绘的块状编码配置。SerDes为连续光模块或PMD，在传送器上将16- bit并行数据路径（每个644 Mb/s）排序到一个10.3Gb/s的连续数据流，并将一个10.3Gb/s的连续数据流去序列化到16-bit并行数据路径（每个 644Mb/s）。 连续WAN PHY 连续WAN PHY由WAN接口子层（WIS）、64b/66b多媒体数据信号编解码器配置（与上文描述一样）、和SerDes组成，SerDes也与上文描述一样，除了连续数据流的速度为9.95Gb/s（OC-192），每个16-bit并行数据路径为622Mb/s。WIS为SONET framing和X7+ X6 + 1 scrambling专门设计。与SONET OC-192
万兆以太网技术发展及应用摘要：随着互联网技术的更新与发展，万兆以太网（10GBase-T）技术将在不久的将来成为网络应用的主流，本文综合阐述了10GBase-T技术、市场及应用。应用10GBase-T铜缆布线解决方案构建高性能网络核心成为行业发展趋势。 关键字：万兆以太网802.3ae10GE标准10GBase-T铜缆布线线性传输性能 一以太网技术的发展 以太网（Ethernet）技术由施乐公司(Xerox)于1973年提出并实现，它采用“载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)”的共享访问方案,将多个工作站都连接在一条总线上，所有的工作站都不断向总线发出监听信号。但在同一时刻，只能有一个工作站在总线上传输，其它工作站必须等待传输结束后，再开始自己的传输。由于以太网技术具有共享性、开放性、加上设计技术上的一些优势(如结构简单、算法简洁、良好的兼容性和平滑升级)以及关键的传输速率的大幅提升，它不但在局域网领域站稳了脚跟，而且在城域网甚至广域网范围内都得到了进一步的应用。 最早的以太网传输速率为10Mbps。采用CSMA/CD介质访问控制方式的局域网技术，由Xerox公司于1975年研制成功。而在1979年7月至1982年间，当时的DEC、Intel和Xerox三家公司共同制定了以太网的技术规范DIX。在这个技术规范的基础上，形成了IEEE802.3以太网标准，并在1989年正式成为一种以太网技术的国际标准。在20多年中，以太网
技术经历了不断发展，成为迄今最广泛应用的局域网技术。 千兆以太网技术作为一种高速以太网技术，给用户带来了提高核心网络的有效解决方案。它继承了传统以太网技术价格便宜的特点，采用与10M 以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统。由于这项技术可以不用改变传统以太网的桌面应用和操作系统，因此可与10M或100M的以太网很好地配合工作。在升级到千兆以太网时，不必改变网络应用程序、网管部件和网络操作系统，能够最大程度地保护用户投资，所以这项技术的市场前景十分被用户看好。 再发展就进入到以太网的万兆时代。万兆以太网使用IEEE 802.3以太网介质接入控制（MAC）协议、IEEE 802.3以太网帧格式和IEEE 802.3帧格式，不需要修改以太网介质接入控制（MAC）协议或分组格式。所以，能够支持所有网络的上层服务，包括在OSI七层模型的第二/三层或更高层次上运行的智能网络服务，具有高可用性、多协议标记交换（MPLS）、含IP语音（VoIP）在内的服务质量（QoS）、安全与策略实施、服务器负载均衡（SLB）和Web高速缓存等特点。 二10GBase-T万兆以太网技术 万兆以太网技术（10GBase-T）始于2002年6月802.3ae10GE标准的正式发布。在物理层，802.3ae大致分为两种类型，一种为与传统以太网连接速率为10Gbps的“LANPHY”，另一种为连接SDH/SONET速率为9.58464Gbps的“WANPHY”；WANPHY与SONETOC-192帧结构的融合，可以与OC-192电路和SONET/SDH设备一起运行，保护了传统基础设施投资，使运营商能够在不同地区中通过城域网提供端到端以太网。
多模光纤万兆以太网的PMD之争 本文关键字: 光纤收发器网络千兆以太网数据通信IEEE802.3FDDI 2.5G 激光 多模光纤是用户驻地网络中最受欢迎的光纤媒质，因为多模光纤可以使用便宜的LED和VCSEL作为光源，对于数据通信来说这种特性占有很大优势。随着多模光纤网络使用者对带宽的需求越来越高，多模光纤标准和收发器技术也跟着向更高速率演进。 这些标准必须考虑多模光纤的模式色散，因为模式色散决定了光纤的带宽上限，而模式色散与波长、入射光的特性和光纤的折射率分布有关。通过这个带宽上限，可以在波长、发射条件、传输距离和数据速率之间建立联系。IEEE已经制定了快速以太网（100Mbps），吉比特以太网（1Gbps）和万兆以太网（10Gbps）支持单模和多模光纤的光学标准。 图:多模光纤的种类不同，万兆以太网PMD的性能也随之不同 网络建设者必须确定哪种PMD能够满足其对成本和性能的要求。 尤其是万兆以太网，标准制定者必须考虑各种光纤中的模式色散问题。由此提出了数种光纤和光收发器标准，网络规划者们在设计网络时必须考虑这些标准。在多模光纤网络的实际部署当中，有几个因素会影响收发器的选型。 从千兆以太网到万兆以太网 要了解使用多模光纤万兆以太网技术的演进，最好先看看千兆以太网的发展历史。IEEE P802.3标准化组织发布了两个关于多模光纤千兆以太网的标准，一个是1000Base-SX，另一个是1000Base-LX。1000Base-SX标准在通信光接口方面更加成功一些。现在，每个季度会有150万到200万端口的1000Base-SX设备交货。1000Base-SX标准只适用于各种多模光纤，工作波长为850nm。 1000Base-LX标准在1310nm波长工作，所以通常使用单模光纤（SMF）。不过它也可以使用一些多模光纤。目前，每个季度会有几十万端口的1000Base-LX设备交货。 与千兆以太网类似，万兆以太网标准为各种多模光纤制定了两个不同的PMD（physical media dependents，与物理介质相关的规范），另外还有第三个标准正在标准委员会的评审
万兆以太网技术
目录 1.基于光纤的局域网万兆以太网规范 (1) 2.基于双绞线（或铜线）的局域网万兆以太网规范 (2) 3.基于光纤的广域网万兆以太网规范 (3) 4.万兆以太网物理层规格 (4) 4.1万兆以太网物理层规格（PHY） (4) 4.2相关物理介质层（PMD） (7)
万兆以太网技术 万兆以太网标准和规范都比较繁多，在标准方面，有2002年的IEEE 802.3ae，2004年的IEEE 802.3ak，2006年的IEEE 802.3an、IEEE 802.3aq和2007年的IEEE 802.3ap。在规范方面，总共有10多个，总共可以分为三类：一是基于光纤的局域网万兆以太网规范，二是基于双绞线（或铜线）的局域网万兆以太网规范，三是基于光纤的广域网万兆以太网规范。下面分别予以介绍。 1. 基于光纤的局域网万兆以太网规范 目前，基于光纤的万兆以太网规范有：10GBase-SR、10GBase-LR、10GBase-LRM、10GBase-ER、10GBase-ZR和10GBase-LX4这六个规范。 （1）10GBase-SR 10GBase-SR中的“SR”代表“短距离”（short range）的意思，该规范支持编码方式为64B/66B 的短波（波长为850nm）多模光纤（MMF），有效传输距离为2～300m，要支持300m传输需要采用经过优化的50μm线径OM3（Optimized Multimode 3，优化的多模3）光纤（没有优化的线径50μm光纤称为OM2光纤，而线径为62.5μm的光纤称为OM1光纤）。 10GBase-SR具有最低成本、最低电源消耗和最小的光纤模块等优势。 （2）10GBase-LR 10GBase-LR中的“LR”代表“长距离”（Long Range）的意思，该规范支持编码方式为64B/66B 的长波（1310nm）单模光纤（SMF），有效传输距离为2m到10km，事实上最高可达到25km。 10GBase-LR的光纤模块比下面将要介绍的10GBase-LX4光纤模块更便宜。 （3）10GBase-LRM 10GBase-LRM中的“LRM”代表“长度延伸多点模式”（Long Reach Multimode），对应的标准为2006年发布的IEEE 802.3aq。在1990年以前安装的FDDI 62.5μm多模光纤的FDDI网络和100Base-FX网络中的有效传输距离为220m，而在OM3光纤中可达260m，在连接长度方面，不如以前的10GBase-LX4规范，但是它的光纤模块比10GBase-LX4规范光纤模块具有更低的成本和更低的电源消耗。 （4）10GBase-ER 10GBase-ER中的“ER”代表“超长距离”（Extended Range）的意思，该规范支持超长波（1550nm）单模光纤（SMF），有效传输距离为2m到40km。 （5）10GBase-ZR 几个厂商提出了传输距离可达到80km超长距离的模块接口，这就是10GBase-ZR规范。它使用的也是超长波（1550nm）单模光纤（SMF）。但80km的物理层不在EEE 802.3ae标准之内，是厂商自己在OC-192/STM-64 SDH/SONET规范中的描述，也不会被IEEE 802.3工作组接受。 （6）10GBase-LX4 10GBase-LX4采用波分复用技术，通过使用4路波长统一为1300 nm，工作在3.125Gb/s的分离光源来实现10Gb/s传输。该规范在多模光纤中的有效传输距离为2～300m，在单模光纤下
计算机网络万兆以太网 随着千兆以太网的标准化以及在生产实践中的广泛应用，以太网技术逐渐延伸到城域网的汇聚层。千兆以太网通常用作将小区用户汇聚到城域节点，或者将汇聚层设备连接到骨干层。虽然以太网多链路聚合技术已完成标准化且多厂商互通指日可待，可以将多个千兆链路捆绑使用。但是考虑光纤资源以及波长资源，链路捆绑等因素，它一般只用在点内或者短距离应用环境。 为了解决由带宽及传输距离而导致以太网技术不适于用在城域网骨干/汇聚层的问题，1999年IEEE标准委员会成立了IEEE 802.3ae工作组进行研究。在2002年6月由IEEE正式发布了IEEE 802.3ae 10Gbps以太网标准，自此以太网的发展势头又进一步增强。这标志着万兆位以太网标准的统一，使用户在选择时不必再担心厂商之间的产品不能互相兼容的问题，也规范了各厂商间的竞争。目前包括华为3Com、Cisco、Avaya、Enterasys、Foundry和Riverstone 公司在内的多家厂商已经推出多款万兆位以太网交换机产品，成就了今天以太网技术的全新局面。 网络拓扑结构的设计和操作也随着智能化万兆位以太网多层交换机的推出发生了转变。比如第三层路由和第四层至第七层智能，包括服务质量（QoS）、服务级别（CoS）、高速缓存、服务器负载均衡、安全性和基于策略的网络功能。万兆以太网的主要特点包括以下几个方面。 ●保留802.3以太网帧格式； ●保留802.3以太网的最大帧长和最小帧长； ●只使用全双工工作模式，彻底改变了传统以太网的半双工广播工作模式； ●使用光纤作为传输媒体，已不再适用铜缆； ●使用点对点链路，支持星型结构的LAN； ●数据传输率非常高，不直接和端用户相连； ●制定了新的光物理媒体相关（PMD）子层； ●与SONET OC-192帧结构的融合，可以与OC-192电路和SONET/SDH设备仪器运行。
‘农业网络信息》２００７年第１１期一蝽与电子商务／政务 万兆以太网技术 王树广 山东理工大学网络中心，山东淄博２５５０４９） 摘要：奉文舟绍了当前阿摧电最新技术一万兆旺太厨。文章详细说明了万兆以太两标准ｌＥＥＥ８０２３鹏的主要内客、万兆以太网的应用以；阿时也介绍７万兆以太网的铜癌标准。 美键词：以太网；万晃以太网；局域网；广蛾网；物理层 中圈分类号：ＴＰ３９９文献标识码：Ｂ文章编码：１６７２－６２５１１２００７｝１１—００９８—０３ １０ＧＥ山ｅｒｎ“ ＷＡＮＧｓｈｕ—ｇＩｌ蛳ｇ （ｓｌ画一ｇｕ血哪酊０ｆ‰ｈ叫。盯，ｚｉｂ０２５５０４９，ｃｈｉＭ） ＾ｂ咖ｃｌ：１１ｌｉＢ删ｃｌｅｉｍｒｏｄｕ哪岫ｌ岫ｌｎ咖Ⅲｋｔｅｃ洲唧一１０ｃｍ唧ｅＬ‰枷ｄｅ慨ｐｌａｉ哪‰ｍ且ｉｎ删删０ｆｌＥＥＥ８０２３胛，ｔｌｌｅａｐ一；ｃ出∞０ｆ１０ＧＥｌｈｅｍ吐ｈｄ豳吐‰ｏｏｐｐ肝ｃ出ｅｓ诅ｎｄ埘面丑ｌ吕ｏｉ曲甜ｕ∞也 Ｅ时ｗｏＩｄｓ：Ｅ山唧Ｈ；１０ＧＥ血唧一；Ｌ衄ｄⅢ札ｎ咖ｏｒｋ；Ｗｉｄｅ删ｎｎ珊Ｉｋ；Ｐｌｌ撺ｉ脚ｈｙ盯 １ＩＥＥＥ８０２．３∞标准的诞生 ２００２年６月１２日．ＩＥＥＥＥ终于批准了１０ｃ以太网的标准８０２．３ａｅ一万兆位，秒的媒体接人控制参数、 物理层和管理参数。８０２．３ａｅ的批准进一步确定了以太网在未来局域网的霸主地位。也使得以太网未来在城域网、广域网中将占有重要的一席之地。自１９７３年施乐公司开发出以太网．以太网从粗缆的１０Ｂ船ｅ５到细缆的１０ＢａＢｅ２．再到双绞线１０Ｂ鹳ｅ—Ｔ．又到五类线的１００Ｂ衄ｅ—１ｘ。随后又出现了现在还未来得及大面积使用的千兆以太网１０００ＢａＢｅ＿Ｓｘ、１００Ｂａ８ｅ—ｕ、１０００Ｂａ∞一Ｔ。以太网在过去的３０年中击败了ＴｏｋｅｎＲｉＩｌｇ和ＦＤＤＩ．成为局域冈的首选。万兆网的出现叉开创了以太网的新纪元。ＩＥＥＥ８０２３．耻是由３Ｃ哪、ＣｉＢｃｏ、Ｅｘ骶Ⅱ坨、Ｉｎｔｅｌ、Ｎｏｎｅｌ、ｓｌｌｎ等组成的１０ｃＥＡ（万兆以太网联盟）创立的。我国的中兴、华为等公司也是１０ＧＥＡ的戚员，这对我国高速局域网的发展起了重要的作用。 ２ＩＥＥＥ８０２．３ａｅ标准的主要内容 ２．１万兆以太网的主要技术特点 保留８０２．３以太网的帧格式；保留８０２．３以太网的最大帧长和最小帧长；使用光纤作为传输媒体（丽不使用铜线）；只使用全双工工作方式，彻底改变了传统以太网的半双工的广播工作方式；使用点对点链路，支持星形结构的局域网；数据率非常高，不直接和端用户相连；创造了新的光物理媒体相关（ＰＭＤ）子层。 ２．２万兆以太网的模型 万兆以太网属于以太网，但它是一种只适用于全双工模式并且只能使用光纤的技术．所以它不需要带有冲突检测的载波侦听多路访问协议（ｃｓＭＡ／ｃＤ）。除此之外，万兆以太网与原来的噬太网模型完全相同。其模型如图１。在以太网中．ＰＨＹ表示以太网的物理层设备。它对应于ＯｓＩ模型的第一层。ＰＨＹ通过连接介质（光纤或铜线）与ＭＡＣ层相连，而ＭＡＣ层对应的是ＯｓＩ模型中的第二层。在万兆以太网的体系结构中。ＰＨＹ（第一层）进一步划分为物理介质相关层（ＰＭＤ）和物理编码子层（ＰＣＳ）。万兆以太网有两种不同的物理层：局域网物理层和广域网物理层．这两种物理层的数据率并不一样。局域网物理层使用简单的编码机制传送数据。而广域网物理层则需要增加一个ｓ０Ｎ明ｙｓＤＨ组帧子层（ｗＩｓ层），以便利用ｓＯＮＥ鹏ＤＨ作为第一层来传送数据。 ＰＭＤ（Ｐｈｙ８ｉｃａｌＭｅｄｉｕｍＤｅｐｅｎｄｅｎｔ）子层：ＰＭＤ子层的功能是支持在ＰＭＡ子层和介质之间交换串行化的符号代码位，ＰＭＤ子层将这些电信号转换成适合于在某种特定介质上传输的形式。ＰＭＤ是物理层的最低子 杖稿日期：２００７埘埘 作者筒舟：王树广（１９６８一），男，工程师，研究方向卅算机罔络和信息系统。 一９８—