理论教育 以太网的分类及其特点

以太网的分类及其特点

时间:2023-06-11 理论教育 版权反馈
【摘要】:为了能够侦测到64B资料框的碰撞,千兆以太网所支持的距离更短。这使得万兆以太网的传输距离不再受进行碰撞检测的限制,从而得以大大提高。

以太网的分类及其特点

以太网根据其发展历史和传输速度,通常分为标准以太网、快速以太网、千兆以太网和万兆以太网。

1.标准以太网

早期以太网只有10Mbit/s的吞吐量,使用带有碰撞检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)的访问控制方法,这种早期的10Mbit/s以太网被称为标准以太网。标准以太网主要使用两种传输介质:双绞线和同轴电缆。所有的以太网都遵循IEEE 802.3标准,在这些标准中前面的数字表示传输速度,单位是“Mbit/s”,最后的一个数字表示单段网线长度(基准单位是100m),如10BASE-5、10BASE-2、10BASE-T、10BASE-F等。

2.快速以太网

1995年3月IEEE宣布了IEEE 802.3u 100BASE-T快速以太网标准,开启了快速以太网的时代。在以太网技术中,100BaseT是一个里程碑,确立了以太网技术在桌面的统治地位。

快速以太网具有100Mbit/s的带宽,它与标准以太网兼容,支持三、四、五类双绞线以及光纤的连接。快速以太网仍是基于CSMA/CD的技术,当网络负载较重时,会造成效率的降低。100Mbit/s快速以太网标准又分为100BASE-TX、100BASE-FX、100BASE-T4三个子类。

1)100BASE-TX:一种使用五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EIA 586的五类布线标准和IBM的SPT1类布线标准,使用同10BASE-T相同的RJ-45插接器。它的最大网段长度为100m,支持全双工的数据传输。

2)100BASE-FX:一种使用光缆的快速以太网技术,可使用单模和多模光纤(62.5μm和125μm)。多模光纤连接的最大距离为550m,单模光纤连接的最大距离为3000m。在传输中使用4B/5B编码方式,信号频率为125MHz。它使用MIC/FDDI插接器、ST插接器或SC插接器。它的最大网段长度为150m、412m、2000m或更长至10km,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特别适用于有电气干扰的环境、较大距离连接或高保密环境等。

3)100BASE-T4:一种可使用三、四、五类无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。100BASE-T4使用四对双绞线,其中的三对双绞线用于在33MHz的频率上传输数据,每一对均工作于半双工模式。第四对双绞线用于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EIA 586结构化布线标准。它使用与10BASE-T相同的RJ-45插接器,最大网段长度为100m。

3.千兆以太网

千兆以太网技术采用了与10Mbit/s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。由于该技术不改变传统以太网的桌面应用和操作系统,因此可与10Mbit/s或100Mbit/s的以太网很好地配合工作。

升级到千兆以太网不必改变网络应用程序、网管部件和网络操作系统,能够最大限度地保护前期投资。为了能够侦测到64B资料框的碰撞,千兆以太网所支持的距离更短。千兆以太网技术有两个标准:IEEE 802.3z和IEEE 802.3ab。IEEE 802.3z制定了光纤和短程铜线连接方案的标准,IEEE 802.3ab制定了五类双绞线上较长距离连接方案的标准。

作为以太网的一个组成部分,千兆以太网也支持流量管理技术,它保证在以太网上的服务质量,这些技术包括IEEE 802.1P第二层优先级、第三层优先级的QoS编码位、特别服务和资源预留协议。千兆以太网还利用IEEE 802.1QVLAN支持、第四层过滤、千兆位的第三层交换。(www.daowen.com)

千兆以太网已经发展成为主流网络技术,大到成千上万人的大型企业,小到几十人的中小型企业,在建设企业局域网时都会把千兆以太网技术作为首选的高速网络技术。

4.万兆以太网

万兆以太网主要应用于城域骨干网。万兆以太网的帧格式与其他以太网相同。由于传输速率的提高,因此万兆以太网只使用光纤作为传输介质。它使用长距离的光收发器与单模光纤接口。万兆以太网最长传输距离可达40km,且可以配合10Gbit/s的传输通道使用,足以满足大多数城市城域网的覆盖。采用万兆以太网作为城域网骨干可以省略骨干网设备的POS或者ATM链路。在城域网骨干层采用万兆以太网链路可以提高网络性价比并简化网络。

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10Gbit/s的传输速率。除此之外,通过WAN界面子层,万兆以太网也能被调整为较低的传输速率,如9.584640Gbit/s(OC-192),这就允许万兆以太网设备与同步光纤网络(SONET)STS-192c传输格式相兼容。

万兆以太网只工作在全双工方式,因此不存在争用问题,也不使用CSMA/CD协议。这使得万兆以太网的传输距离不再受进行碰撞检测的限制,从而得以大大提高。

随着万兆以太网的实现,以太网的工作范围从局域网扩大到城域网和广域网,从而实现了端到端的以太网传输。端到端的以太网连接使帧的格式都是以太网的格式,而不需要进行帧的格式转换,从而提高了数据的传输效率,降低了传输成本,简化了操作和管理。在广域网使用以太网,不但大大降低了成本,而且能够适应不同的传输介质,如双绞线和各种光缆,可以最大限度地利用现有基础设施。

5.100Gbit/s以太网

IEEE 802.3ba标准于2010年6月17日被批准发布,该标准包含了40Gbit/s和100Gbit/s两种速度,主要针对服务器和网络方面不同的需求。40Gbit/s主要针对计算应用,而100Gbit/s则主要针对核心和汇接应用。提供两种速度,IEEE意在保证以太网能够更高效、更经济地满足不同应用的需要,进一步推动基于以太网技术的网络会聚。标准规定了物理编码子层(PCS)、物理介质接入(PMA)子层、物理介质相关(PMD)子层、转发错误纠正(FEC)各模块及连接接口总线,MAC、PHY间的片间总线使用XLAUI(40Gbit/s)和CAUI(100Gbit/s),片内总线用XLGMII(40Gbit/s)和CGMII(100Gbit/s)。

IEEE802.3ba标准仅支持全双工操作,保留了802.3 MAC的以太网帧格式;定义了多种物理介质接口规范,其中有1m背板连接(100GE接口无背板连接定义)、7m铜缆线、100m并行多模光纤和10km单模光纤(基于WDM技术),100Gbit/s接口最大定义了40km传输距离。标准定义了PCS的多通道分发(MLD)协议架构,还定义了用于片间连接的电接口规范,40Gbit/s和100Gbit/s分别使用四个和十个10.3125Gbit/s通道,采用轮询机制进行数据分配获得40Gbit/s和100Gbit/s的速率,另通过虚拟通道的定义解决了适配不同物理通道或光波长的问题,明确了物理层编码采用64B/66B。

推动以太网接口速率升级到100Gbit/s的根本需求是带宽增加,其中最主要的因素就是视频等带宽密集应用,另外,以太网的电信化应用也导致汇聚带宽需求增速加剧。从以太网用户接入、企业到主干在内的每一级网络都在逼近着其当前的速度极限。

支撑100Gbit/s以太网接口的关键技术,主要包含物理层(PHY)通道汇聚技术、多光纤通道及波分复用(WDM)技术。物理介质相关子层满足100 Gbit/s速率带宽,新的芯片技术支持到40 nm工艺,这些提供了开发下一代高速接口的可能。

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