千兆乙太網

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千兆乙太網(Giga Bit Ethernet)

　　千兆乙太網是對10Mbps和100Mbps802．3乙太網標準的一個擴展，它提供了1000Mbps的原始數據帶寬，同時和現有的乙太網保持完全兼容．千兆乙太網提供全雙工或半雙工工作模式．在半雙工的情況下，千兆乙太網還將保持CSMA／CD(具有衝突檢測的載波偵聽多路訪問協議)存取方式，最初的產品建立在光纖通道物理信號傳輸技術的基礎之上，適用於在光導纖維上達到1000Mbps的數據傳輸速率．隨著硅晶元技術和數字信號處理技術的發展，現在已有了適應千兆乙太網的超5類電纜，這為千兆乙太網無論是在技術上還是在實際應用中都提供了廣泛的發展前景，而且可以利用現有的乙太網基礎設施，不需改變現有網路操作系統和應用程式，方便地升級為千兆乙太網．這意味著可以花費不大的網路投資，不需增加網路協議及重新培訓網路用戶。

　　根據IEEE802．3z工作組制定的標準，千兆乙太網將原先的IEEE802．3乙太網規範和ANSIX3T11光纖通道規範結合在一起，以實現物理介面，即千兆乙太網利用乙太網協議管理幀傳送和媒質層存取(2層)以及物理介面的光纖通道、連接器和光纜(1層)。

　　千兆乙太網還利用乙太網的傳統存取方法，即所謂載波偵聽多路存取衝突檢測(CSMA／CD)，併在協議上增加一些新的特性，以解決在高速環境里與標準的乙太網幀結構相一致的物理特性問題，其中最著名的特性就是載體擴展和分組猝發傳輸．所謂載體擴展是適當加長控制幀，以保證可靠地檢測衝突．但載體擴展也可能耗費大量的帶寬，因為控制幀傳送間隔較短，一般每隔幾個數據幀就要傳送控制幀．而分組猝發則可以彌補載體擴展之不足，它可讓載體擴展只用於猝發數據幀的第一幀．單幀猝發限制在3kB左右，以防止一個節點占據整個網路．採用這兩種技術，有可能把千兆乙太網的衝突檢測域擴展到200m，對於傳送短的數據幀時，可使網路利用率達30％～40％；傳送大的數據幀時，可使網路利用率達90％。

　　儘管千兆乙太網將網路主幹帶寬提升到千兆位，但是它仍然和傳統的乙太網技術一樣缺乏擁塞控制，因此時常會影響到用戶對伺服器資料庫數據的存取．乙太網固有的弱點它仍然沿襲下來，在帶寬的保證、在質量服務方面不如ATM．它始終不太適合多媒體應用，特別是聲音圖像這些數據．聲音圖像的應用不在於帶寬的多少，有384k的帶寬就可以傳得很好，關鍵在於時延的抖動，而乙太網在機制上就不適應，這就是它的缺點．最近雖然發展了一些用於多媒體傳輸的新協議，但應用還很少。

　　千兆乙太網絡是由千兆交換機、千兆網卡、綜合佈線系統等構成的。千兆交換機構成了網路的骨幹部分，千兆網卡安插在伺服器上，通過佈線系統與交換機相連，千兆交換機下麵還可連接許多百兆交換機，百兆交換機連接工作站，這就是所謂的“百兆到桌面”。在有些專業圖形製作、視頻點播應用中，還可能會用到“千兆到桌面”，及用千兆交換機聯到插有千兆網卡的工作站上，滿足了特殊應用下對高帶寬的需求。

　　在建設網路之前，究竟用千兆還是百兆，要從實際出發，從應用出發，考慮網路應該具備哪些功能。不同的應用有不同的需求，而且幾乎沒有隻有單一業務的網路。但是，在各種業務中，生產性業務肯定是優先順序最高的。如果在網路中傳輸語音，那麼語音業務也需要優先安排。如果對業務優先的需求很高，網路必須有QoS保證。這樣的網路必須要智能化，在交換機埠能夠識別是什麼類型的業務通過，然後對不同的業務進行排隊，為不同的業務分配不同的帶寬，這樣才能保證關鍵性業務的運行。數據業務本身是有智能的，不管多少帶寬都可以傳輸，只是時間長短而已，但是語音或者視頻就不一樣了，如果帶寬小了之後，馬上就聽不清楚了，或者圖像產生抖動，這都是不允許的。所以QoS非常重要。對單純的數據網路，在QoS方面的需求就很低。在規劃網路的時候，必須先瞭解清楚哪些功能是必須的，哪些可以不考慮。例如，目前多址廣播是比較重要的性能之一，如果需要在網路中傳輸圖像，而網路不具備多址廣播的特性，那麼網路的帶寬浪費就會非常嚴重，甚至根本無法實現。

　　1997年1月，通過了IEEE 802.3z第一版草案；

　　1997年6月，草案V3.1獲得通過，最終技術細節就此制定；

　　1998年6月，正式批准IEEE 802.3z標準；

　　1999年6月，正式批准IEEE 802.3ab標準(即1000Base-T)，可以把雙絞線用於千兆乙太網中。

　　千兆位乙太網標準主要針對三種類型的傳輸介質：單模光纖；多模光纖上的長波激光（稱為1000BaseLX）、多模光纖上的短波激光（稱為1000BaseSX）；1000BaseCX介質，該介質可在均衡屏蔽的150歐姆銅纜上傳輸。IEEE 802.3z委員會模擬的1000BaseT標準允許將千兆位乙太網在5類、超5類、6類UTP雙絞線上的傳輸距離擴展到100米，從而使建築樓宇內佈線的大部分採用5類UTP雙絞線，保障了用戶先前對乙太網、快速乙太網的投資。對於網路管理人員來說，也不需要再接受新的培訓，憑藉已經掌握的乙太網網路知識，完全可以對千兆乙太網進行管理和維護。

　　千兆乙太網的標準化包括編碼/解碼、收發器和網路介質三個主要模塊，其中不同的收發器對應於不同的網路介質類型。1000BASE-LX基於1300nm的單模光纜標準時，使用8B/10B編碼解碼方式，最大傳輸距離為5000米。1000BASE-SX基於780nm的FibreChannel optics，使用8B/10B編碼解碼方式，使用50微米或62.5微米多模光纜，最大傳輸距離為300米到500米。連接光纖所使用的SC型光纖連接器與快速乙太網100BASE FX所使用的連接器的型號相同。1000BASE-CX是一種基於銅纜的標準，使用8B/10B編碼解碼方式，最大傳輸距離為25米。1000BASE-T基於非屏蔽雙絞線傳輸介質，使用1000BASE-T 銅物理層Copper PHY編碼解碼方式，傳輸距離為100米。1000BASE－T在傳輸中使用了全部4對雙絞線並工作在全雙工模式下。這種設計採用 PAM-5 (5級脈衝放大調製) 編碼在每個線對上傳輸 250Mbps。雙向傳輸要求所有的四個線對收發器埠必須使用混合磁場線路，因為無法提供完美的混合磁場線路，所以無法完全隔離發送和接收電路。任何發送與接收線路都會對設備發生回波。因此，要達到要求的錯誤率（BER）就必須抵消回波。1000BASE－T無法對頻率集中在125MHz之上的頻段進行過濾，但是使用擾頻技術和網格編碼能對80MHz之後的頻段進行過濾。為瞭解決5類線在如此之高的頻率範圍內因近端串擾而受到的限制，應該採用合適的方案來抵消串擾。

　　最初的千兆乙太網採用高速780納米光纖通道的光元件傳輸光纖上的信號，採用8B/10B的編碼和解碼方法實現光信號的串列化和複原。目前光纖通道技術的數據運行速率為1.063Gbps，將來會提高到1.250Gbps，使數據速率達到完整的1000Mbps。對於更長的連接距離，將採用1300納米的光元件。為了適應硅技術和數字信號處理技術的發展，應在MAC層和PHY層之間制定獨立於介質的邏輯介面，以使千兆乙太網工作在非屏蔽雙絞線電纜系統中。這一邏輯介面將適用於非屏蔽雙絞線電纜系統的編碼方法，並獨立於光纖通道的編碼方法。下圖說明瞭千兆乙太網的組成。

• 林立春.千兆乙太網的技術分析與應用[J].淮北煤師院學報：自然科學版.2003,1