千兆乙太網的物理層協定

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。而千兆乙太網的物理層協定是基於物理層的傳輸信息的協定。

基本介紹

• 中文名：千兆乙太網的物理層協定
• 基礎：乙太網標準
• 領域：數字通信
• 協定：CSMA/CD

1) 物理層各子層功能

Reconciliation Sublayer (RS):
協調子層。匯聚功能，使不同介質類型對MAC子層透明

Medium Independent Interface (MII):
介質無關接口。提供公共接口，禁止這些物理層的不同細節

Physical Coding Sublayer (PCS):
物理編碼子層。編碼/解碼

Physical Medium Attachment sublayer (PMA):
物理介質連線子層。執行並串/串並轉換

Physical Medium Dependent sublayer (PMD):
物理介質相關子層。信號轉換到特定介質上或反向轉換

Medium Dependent Interface (MDI):
介質相關接口。到傳輸介質的接口

2) 乙太網幀結構

7	1	6	6	2	46 =< n =< 1500	4bytes
Pre	SFD	DA	SA	Length Type	Data unit + pad	FCS

Preamble (PRE)- 7 bytes. The PRE is an alternating pattern of ones and zeros that tells receiving stations that a frame is coming, and that provides a means to synchronize the frame-reception portions of receiving physical layers with the incoming bit stream.7位元組。Pre欄位中1和0互動使用，接收站通過該欄位知道導入幀，並且該欄位提供了同步化接收物理層幀接收部分和導入比特流的方法。

Start-of-frame delimiter (SFD)- 1 byte. The SOF is an alternating pattern of ones and zeros, ending with two consecutive 1-bits indicating that the next bit is the left-most bit in the left-most byte of the destination address.1位元組。欄位中1和0互動使用，結尾是兩個連續的1，表示下一位是目的地址的起始位。

Destination address (DA)- 6 bytes. The DA field identifies which station(s) should receive the frame.目標地址.

Source addresses (SA)- 6 bytes. The SA field identifies the sending station. 源地址.

Length/Type- 2 bytes. This field indicates either the number of MAC-client data bytes that are contained in the data field of the frame, or the frame type ID if the frame is assembled using an optional format.

Data- Is a sequence of n bytes (46=< n =<1500) of any value. (The total frame minimum is 64bytes, maxium is bytes.)

Frame check sequence (FCS)- 4 bytes. This sequence contains a 32-bit cyclic redundancy check (CRC) value, which is created by the sending MAC and is recalculated by the receiving MAC to check for damaged frames.4位元組。該序列包括32位的循環冗餘校驗（CRC）值，由傳送方生成，接收方重新進行計算以校驗被破壞的幀。

3) IEEE 802.3u Fast Ethernet

3.1) 100BASE-TX

支持全雙工模式。使用的是兩對抗阻為100歐姆的5類非禁止雙絞線（UTP），最大傳輸距離是100米。用線對 1/2(傳送), 3/6(接收)。使用RJ-45連線器。
PCS子層使用4B/5B編碼方式，信號頻率為125MHz。
PMD子中使用MLT-3(多電平傳輸-3)編碼:若數據為“1”，則從當前電平到下一電平跳變。例如：11111=> +1,0,-1,0,+1，若數據為“0”，則不跳變。

3.2) 100Base-FX

支持全雙工模式。使用的是兩股光纖，其中一股用於傳送數據，另一股用於接收數據。可用單模光纖或者多模光纖。使用MIC/FDDI連線器、ST連線器或SC連線器。
採用4B/5B-NRZI方案，信號頻率為125MHz。

3.3) 100BASE-T4

使用4對3類非禁止雙絞線，最大傳送距離是100米。站點傳送使用三對線 1/2, 4/5,7/8來傳送數據，使用一對線3/6來檢測衝突；站點接收數據時，使用三對線 3/6, 7/8, 4/5接收數據。使用RJ-45連線器。不能進行全雙工操作。
100BASE-T4的信號採用8B/6T的編碼方式，每一個8位組映象為6位三元符號組，由於字碼包含 6 個符號，而每一個符號有 3 種電位 (+, 0, -), 因此所有可用的字碼有 729 個（3^6 = 729), 但是要代表所有 8 位元的組合只要 256 種字碼即可 (2^8 = 256)。然後輪流在三個輸出線對上傳送輸出，每個線對上波特率25Mbaud，因為25Mbaud÷6/8=33.333Mbps，所以總傳輸率100Mbps。
*4B/5B編碼*NRZI,MLT-3

4) Gigabit Ethernet

千兆乙太網的標準包括的IEEE 802.3z和IEEE 802.3ab。
IEEE 802.3z標準中包括1000Base-LX、1000Base-SX、1000Base-CX，三種統稱為1000Base-X子系列。
IEEE 802.3ab標準中包括1000Base-T。
另外在工業套用中，儘管有些規範並沒有正式以標準形式對外發布（或者不是由IEEE發布的），但卻實實在在有廣泛的套用。如1000Base-LH、1000Base-ZX、1000Base-LX10、1000Base-BX10、1000Base-TX這五種規範。

4.1) 1000BASE-SX

使用短波雷射作為信號源，工作波長為850nm。使用芯徑為50μm及62.5μm的多模光纖，傳輸距離分別為260m和525m，適用於建築物中同一層的短距離主幹網。使用SC型連線器。採用8B/10B編碼方式。運行信令速率為 1250 Mbaud.

4.2) 1000BASE-LX

使用長波雷射作為信號源，工作波長為1310nm。使用芯徑為50μm及62.5μm的多模光線和芯徑為9μm單模光纖，傳輸距離分別為525m、550m和3000m，主要用於校園主幹網。使用SC型連線器。採用8B/10B編碼方式。運行信令速率為 1250 Mbaud.

4.3) 1000BASE-CX

使用150Ω平衡禁止雙絞線（STP），採用8B/10B編碼方式，傳輸速率為1.25Gbps，傳輸距離為25m，使用9芯D型連線器連線電纜。主要用於集群設備的連線，如一個交換機房內的設備互連。

4.4) 1000BASE-T

可以採用5類、超5類、6類或者7類非平衡禁止雙絞線(UTP)作為傳輸介質，最長有效距離與100BASE-TX一樣可以達到100米。
用戶可以採用這種技術在原有的快速乙太網系統中實現從100Mbps到1000Mbps的平滑升級。
主要用於結構化布線中同一層建築的通信，從而可以利用乙太網或快速乙太網已鋪設的UTP電纜。
· 4對線全都使用，雙向傳輸（全雙工）
· 網路設備需要串擾/回聲消除技術
· 超5類及更高的布線系統都可以支持
· 編碼方式PAM-5，每個信號電平代表2比特
· 與100Base-Tx信號頻率相同125MHz
· 每對線支持250Mbps的數據速率（每個方向）
Bidirectional data transmission ona single pair is enabled by devices called hybrids. The hybrid stops the local transmitted signals from being mixed with the local received signals.
The 1000Base-T configuration adds a significant amount of complexity and cost because of the bi-directional transmission (two-way transmission on a single pair). This design requires the use of hybrids to separate the transmission path from the receive path. It also requires high-powered digital signal processors (DSPs) to cancel the echoes generated by the near and far-end hybrids. In addition, near-end and far-end crosstalk must also be filtered out from already-complex signals. This puts a significant burden on the electronics in terms of complexity, chip size, and power consumption.

4.5) 1000BASE-ZX

SFP模組, 單模, LC接口, 波長1550nm，傳輸距離70KM-80KM.採用8B/10B編碼方式。運行信令速率為 1250 Mbaud.

4.6) 1000BASE-LH

這是一個非標準規範，但是在工業中已被廣為接受為事實上的千兆乙太網規範。1000Base-LH採用的是波長為1300nm或者1310nm的單模或者多模長波光纖。它類似於1000Base-LX規範，但在單模優質光纖中的最長有效傳輸距離可達10km，並且可以與1000Base-LX網路保持兼容。

4.7) 1000Base-LX10

這也是一個非標準規範，但是在工業中已被廣為接受為事實上的千兆乙太網規範。1000Base-LX10採用的是波長為1310nm的單模長波光纖。最長有效傳輸距離可達10km。

4.8) 1000Base-BX10

這也是一個非標準規範，但是在工業中已被廣為接受為事實上的千兆乙太網規範。1000Base-BX10的兩根光纖所採用的傳輸介質類型是不同的：下行方向（從網路中心到外部）採用的是波長為1490nm的單模超長波光纖，上行方向則是採用1310nm的單模長波光纖。最長有效距離為10km。

4.9) 1000Base-TX

1000Base-TX，但它不是由IEEE制定的，而是由TIA/EIA於1995年發布的，對應的標準號為TIA/EIA-854。
儘管1000Base-TX也是基於4對雙絞線，卻採用快速乙太網中與100Base-TX標準類似的傳輸機制，是以兩對線傳送，兩對線接收（類似於100Base-TX的一對線傳送，一對線接收）。由於每對線纜本身不進行雙向的傳輸，線纜之間的串擾就大大降低。這種技術對網路的接口要求比較低，不需要非常複雜的電路設計，降低了網路接口的成本。但由於使用線纜的效率降低了（兩對線收，兩對線發），要達到1000Mb/s的傳輸速率，要求頻寬就超過100MHz，也就是說在5類和超5類的系統中不能支持該類型的網路，一定需要6類或者7類雙絞線系統的支持。The signaling rate in the case of five-level PAM is 250 megabaud (MBd) per second, but the bit rate is actually 500 Mbits/sec.

4.10) 9種千兆乙太網規範比較

千兆乙太網規範	規範使用的傳輸介質	有效距離
1000Base-CX	150Ω雙絞線	25m
1000Base-LX	波長為1310nm的單模或者多模光纖	5km
1000Base-SX	波長為850nm的多模光纖	500m
1000Base-LH	波長為1310nm的單模或者多模光纖	10km
1000Base-ZX	波長為1550nm的單模光纖	70km
1000Base-LX10	波長為1310nm的單模光纖	10km
1000Base-BX10	下行為波長為1490nm的單模光纖，; 上行為波長為1310nm的單模光纖	10km
1000Base-T	5類、超5類、6類或者7類雙絞線	100m
1000Base-TX	6類或者7類雙絞線	100m