高速乙太網

速率達到或超過100Mb/s的乙太網稱為高速乙太網。分兩類：由共享型集線器組成的共享型高速乙太網系統和有高速乙太網交換機構成的交換性高速乙太網系統。

基本介紹

• 中文名：高速乙太網
• 定義：達到或超過100Mb/s的乙太網
• 系統：共享型，交換性
• 優勢：全雙工乙太網技術
• 情況：兩種
• 乙太網分類：千兆乙太網，萬兆乙太網

定義

速率達到或超過100Mb/s的乙太網稱為高速乙太網。

乙太網的內容

高速乙太網的特點

高速乙太網系統分兩類：由共享型集線器組成的共享型高速乙太網系統和有高速乙太網交換機構成的交換性高速乙太網系統。

100Base-FX因使用光纜作為媒體充分發揮了全雙工乙太網技術的優勢。100Base-T的網卡有很強的自適應性，他能夠自動識別能夠自動識別10Mb/s和100Mb/s。

10Mb/s和100Mb/s的自適應系統是指連線埠之間10Mb/s和100Mb/s傳輸率的自動匹配功能。自適應處理過程具有以下兩種情況：

（1）原有10Base-T網卡具備自動協商功能，即具有10Mb/s和100Mb/s自動適應功能，則雙方通過FLP信號進行協商和處理，最後協商結果在網卡和100Base-TX集線器的相應連線埠上均形成100Base-TX的工作模式。

（2）原有10Base-T網卡不具備自動協商功能的，當網卡與具備10Mb/s和100Mb/s自動協商功能的集線器連線埠連線後，集線器連線埠向網卡連線埠發出FLP信號，而網卡連線埠不能發出快速鏈路脈衝（FLP）信號，但由於在以往的10Base-T系統中，非禁止型雙絞線（UTP）媒體的鏈路正常工作時，始終存在正常鏈路脈衝（NLP）以檢測鏈路的完整性。所以在新系統的自動協調過程中，集線器的10Mb/s和100Mb/s自適應連線埠接收到的信號是NLP信號；由於NLP信號在自動協調協定中也有說明，FLP向下兼容NLP，這樣集線器的連線埠就自動形成了10Base-T工作模式與網卡相匹配。

高速乙太網的體系結構

高速乙太網的體系結構如圖所示：

從OSI層次模型看，與10Mb/s乙太網相同，仍有數據鏈路層、物理層和物理媒體。

從IEEE802模型看，它具有MAC子層和物理層的功能。

高速乙太網的類型

（1）、共享型快速乙太網系統：使用共享型集線器。

（2）、交換型乙太網系統：使用快速乙太網交換器。

高速乙太網的適用範圍

適用於較遠距離的傳輸

高速乙太網使用的介質

光纖：作為網路的物理介質，提供基本頻寬。

高密度波分多路復用：基本頻寬的增倍器，提高每根光纖的通信容量。

太比特交換式路由器，是大量的基本頻寬轉化為可用的頻寬。

高速乙太網的傳輸速率

乙太網分類

高速乙太網的傳輸速率最低為百兆，基本傳輸速率應為千兆、萬兆甚至更高。

千兆乙太網

在1995年後期，IEEE 802.3委員會就組建了一個工作小組，以研究在乙太網的環境下如何使分組包的傳輸速度達到Gbit（即千兆）級。如今千兆乙太網的技術標準已經成熟，並有了一些成功的套用。千兆乙太網不僅僅定義了新的媒體和傳輸協定，還保留了10M和100M乙太網的協定、幀格式，以保持其向下兼容性。隨著越來越多的人使用100M乙太網，越來越多的業務負荷在骨幹網上承載，千兆乙太網就應運而生。

千兆乙太網用於連線核心伺服器和高速區域網路交換機。每個區域網路交換機都有10/100M自適應連線埠和1G的上行連線埠。圖1為千兆乙太網的典型套用。

千兆乙太網的協定棧結構包括物理層和介質訪問層（MAC），該MAC層是802.3的MAC層算法的增強版本。除了使用非禁止的雙絞線，對於其他媒介，都可以使用新定義的gigabit medium-independent interface (GMII)，GMII是一種8bits的並行同步收發接口，它用於晶片和晶片的標準接口，可以滿足不同晶片供應商對於MAC層和物理層的互連互通。

1.1 介質訪問層

千兆乙太網使用IEEE 802.3定義的10M/100M乙太網一致的CSMA/CD幀格式和MAC層協定。乙太網交換機（全雙工模式）中的千兆連線埠不能採用共享信道方式訪問介質，而只能採用專用信道方式，這是因為在專用信道方式下，數據的收發能夠不受干擾地同步進行。

由於乙太網交換技術的發展，不採用CSMA/CD協定也能全雙工操作。千兆乙太網規範發展完善了PAUSE協定，該協定採用不均勻流量控制方法最先套用於100M乙太網中。

1.2 物理層

千兆乙太網協定定義了以下四種物理層接口：

● 1000BASE-LX：較長波長的光纖，支持550 m長的多模光纖（62.5μm或50μm）或5 Km長的單模光纖（10μm），波長範圍為1270到1355 nm；

● 1000BASE-SX：較短波長的光纖，支持275 m長的多模光纖（62.5μm）或550 m長的多模光纖（50μm），波長範圍為770到860 nm；

● 1000BASE-CX：支持25 m長的短距離禁止雙絞線，主要用於單個房間內或機架內的連線埠連線；

● 1000BASE-T：支持4對100 m長的UTP5線纜，每對線纜傳輸250M數據。

1.3 用於千兆乙太網的數位訊號編碼技術

除非物理層是雙絞線方式，千兆乙太網的數位訊號編碼方式均是8B/10B，這種方式在傳送的時候將8bits數據轉換成10bits，以提高數據的傳輸可靠性。8B/10B方式最初由IBM公司發明並套用於ESCON(200M互連繫統）中。

這種編碼方式具有以下優點：

● 實現相對簡單，並以廉價的方式製造可靠的收發器；

● 對於任何數字序列，相對平衡地產生一樣多的0，1比特；

● 提供簡便的方式實現時鐘的恢復；

● 提供有用的糾錯能力。

8B/10B編碼是mBnB編碼方式的一個特例。所謂mBnB編碼即在傳送端，將m bits的基帶數據映射成n bits數據傳送。當n > m時，在傳送側就產生了冗餘性。對於8B/10B編碼，即是將8bits的基帶數據映射成10bits的數據進行傳送，這種方式也叫做不一致控制。從本質上講，這種方式防止在基帶數據中過多的0碼流或1碼流，任何一方過多的碼流均造成了這種不一致性。協定中還定義了12種非有效數據的序列，主要用於系統同步和其他控制用途。

對於物理層為雙絞線的千兆乙太網，編碼方式為PAM-5（5 Level Pulse Amplitude Modulation)。PAM-5採用5種不同的信號電平編碼來代替簡單的二進制編碼，可以達到更好的頻寬利用。每四個信號電平能夠表示2個bits信息，再加上第五個信號電平用於前向糾錯機制。

萬兆乙太網

當千兆乙太網還沒有大規模套用的時候，人們已經提出萬兆乙太網的概念。特別是Internet和Intranet上的業務流量呈爆炸式的增長，萬兆乙太網的協定研究及工程實現就越發迫切起來。目前造成Internet和Intranet上業務流量快速增長的幾個因素如下：

● 網路連線數的增加；

● 網路終端的連線速率的增加（例如10M網用戶升級到100M網用戶，56K的Modem用戶升級到xDSL或Cable Modem用戶）；

● 對頻寬要求高的業務的增加，例如高清晰度的視頻點播業務；

● 網路主機的增加及主機業務的增加。

最初，運營商們主要將萬兆乙太網套用於大容量的乙太網交換機間的高速互連，隨著頻寬需求的增長，萬兆乙太網將套用於整個網路，包括套用伺服器，骨幹網和校園網。這種技術使得ISP和NSP能夠以一種廉價的方式提供高速的服務。

這種技術同時可以套用於城域網和廣域網的建設，這樣區域網路技術就能夠與ATM或其他廣域網路技術競爭。在大多數情況下，用戶需要數據通過TCP/IP實現全網的無縫連線，從用戶終端到網路業務提供者，而萬兆乙太網真正做到這一點。由於不需要將乙太網的分組包分拆或重組成ATM信元，避免了頻寬的浪費，這種網路真正做到端到端的乙太網。

IP技術和萬兆乙太網技術的結合不僅僅能夠提供高質量的服務，同時能夠進行有效的流量控制，而在以前只有ATM能夠做到。

根據萬兆乙太網的套用場合不同，已經定義了不同的光纖接口（光纖的波長和傳輸距離）。最大的傳輸距離從300 m一直到40 km，並採用了多種光纖介質，以全雙工方式運行。圖2比較了幾種不同乙太網連線埠速率的最大傳輸距離。

另外，萬兆乙太網具有以下幾個顯著特徵：

● 萬兆乙太網不再支持半雙工數據傳輸，所有數據傳輸都以全雙工方式進行，這不僅極大地擴展了網路的覆蓋區域，而且使標準得以大大簡化。

● 為使萬兆乙太網不但能以更優的性能為企業骨幹網服務，更重要的是，還要從根本上對廣域網以及其它長距離網路套用提供最佳支持，尤其是還要與現存的大量SONET網路兼容，該標準對物理層進行了重新定義，使得其兼容性大大提高。

● 網路費用是決定一種網路技術發展速度的重要因素。競爭和規模效應使乙太網設備的價格很快下降。儘管快速乙太網產品從1994年才進入市場，但是最近兩年，這些產品的價格也大幅度下降。10G乙太網的價格趨勢也會與快速乙太網一樣。IEEE的目標是以兩到三倍的100Base-FX接口的價格建立10G乙太網連線。

存在的問題

儘管10G乙太網在提供基於乙太網的廣域網方面向前邁出了非常重要的一步，但要作為城域網的全面解決方案還是缺乏一些關鍵的性能。在城域網中，10G乙太網還面臨著其他一些挑戰。

乙太網因為其數據包最最佳化而著稱，這種技術對於共享訪問和突發性業務流量是非常有效的。但是10G乙太網難於支持多業務，因為它缺乏QoS能力。RSVP和IEEE802.1P能提供QoS，但是仍無法和的ATM技術的QoS相比。服務供應商們可能會在城域網中繼續使用SONET/SDH技術。

建立多業務城域網的另一種方法是使用DWDM，讓一部分波長載運10G乙太網，另一部分載運其他業務流比如SONET/SDH，以及多個千兆乙太網數據流。雖然與千兆乙太網相比，10G乙太網網路的可擴展性因為速度和傳輸距離的提高而得到了提高，但這些改進在本質上仍然是有限的。當頻寬的需求擴展到OC-768（或者是40Gbps）時，問題還沒有解決。此外，考慮到城域網的複雜性不斷增加，所以必須進行流量工程設計。DWDM的MPLamda與10G乙太網的多協定標記交換（MPLS）技術共同提供了這一至關重要的業務流量工程設計能力。

總之, 雖然10G乙太網的容量和傳輸距離得到了很大提高，但是，無法解決新型城域網對多業務的要求，同時，在傳輸距離進一步提高的情況下，難以應付。

根據現在最新的訊息：前不久，IEEE投票反對把802.3ae（10G乙太網）標準更快地進行通過，因為他們認為零部件銷售商還沒有足夠的設備能夠通過標準測試。雖然存在一些程式上的小問題，但標準化草案在技術上是切實可行的。事實上，10G乙太網標準方案已經完全成熟。IEEE暫停此方案進入最後批准階段並不是因為技術原因，而僅僅是程式操作的問題。按計畫在2002年3月前通過仍然是很有可能的。