千兆以太网综述.docx

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千兆以太网综述

千兆以太网综述

目前，在我国现有的局域网中80％以上为以太网。

以太网具有价格低、可靠性高、可扩展性好、易于管理等优点，现有10M位传统以太网及100M位快速以太网两个版本。

其中100M位快速以太网是1995年推出的，它几乎完全继承了10M位以太网的技术，使用与10M位以太网相同的CSMA/CD协议，且帧格式及帧大小也完全与10M位以太网相同，为10M位以太网提供了平滑、无需中断的升级方法，使以太网成为可伸缩的网络。

因此100M位以太网迅速普及，成为快速局域网的主导技术。

随着技术的发展，网络分布计算、桌面视频会议等应用对带宽提出了新的要求，同时100M位快速以太网，也要求主干网、服务器一级有更高的带宽。

人们迫切地需要更高性能的网络，并且这网络应与现有的以太网产品保持最大的兼容性。

为此，IEEE提出了千兆位以太网技术。

技术

千兆位以太网支持交换机到交换机、交换机到终端使用的新的全双工操作模式（由802.3x协议定义）及共享式连接（使用中继器和CSMA/CD协议）使用的半双工操作模式。

它使用光纤、非屏蔽双绞线（CAT5）或同轴线缆为传输介质，其功能部件如图一。

图1千兆位以太网功能部件图略

千兆位以太网使用高速的光纤通道、780nm（短波）光学部件进行调制，使用8B/10B编码/解码方案进行串并转换。

目前正在增强1.063Gbps的光纤通道技术，以使其运行1.250Gbps、提供1000Mbps的数据率。

对于2Km以上的距离，将使用单模光纤；而550米以下则使用62.5nm多模光纤或1300nm（长波）光纤。

要做到千兆位以太网最终能在非屏蔽双绞线上运行，就要在MAC层和PHY层之间加入一接口逻辑，该接口逻辑将MAC层与光纤通道编码部件分离，以加入更容易支持非屏蔽双绞线的编码方案。

除了在100m以内使用CAT5非屏蔽双绞线外，鉴于IEEE的技术连续性，还将发展支持短距离（用于机房和线柜应用）连接的机制。

千兆位以太网标准化工作的重点放在光纤通道和其它高速网络部件的使用上。

现在已经有千兆位以太网光纤通道的编码/解码集成电路和光学部件，有关部门正在对其进行优化以提高性能价格比。

同现有的其它千兆位网络技术（如ATM）相比，千兆位以太网最大的优点在于它对现有以太网的兼容性。

同100M位以太网一样，千兆位以太网使用与10M位以太网相同的帧格式和帧大小，以及相同的CSMA/CD协议。

这意味着广大的以太网用户可以对现有以太网进行平滑的、无需中断的升级，而且无需增加附加的协议栈或中间件。

同时，千兆位以太网还继承了以太网的其它优点，如可靠性较高，易于管理等。

升级途径

千兆位以太网可作为校园或建筑物内的主干网，实现交换机到交换机、交换机到路由器、交换机到服务器和中继器到服务器的连接。

网络升级为千兆位网一般有五种情况，即：

交换机到服务器连接的升级、交换机到交换机连接的升级、交换式快速以太网主干网的升级、共享式FDDI主干网的升级、高性能桌面系统的升级。

以下介绍交换机到交换机连接、交换机到服务器连接、交换式快速以太网主干网升级这几种情况。

1、交换机到交换机连接的升级

将快速以太网交换机或中继器间的100Mbps连接升级为100/1000Mbps交换机间的1000Mbps连接是一种最直接的升级方法。

这种高带宽的交换机到交换机连接使100/1000Mbps交换机能支撑多个交换或共享式快速以太网段。

图2a、图2b分别说明了升级前后的网络结构。

2、交换机到服务器连接的升级

最简单的升级情况是使用千兆位以太网交换机替换快速以太网交换机，并在高性能工作站上加装千兆位以太网卡。

这样就能实现与高性能工作站的高速的1000Mbps连接。

3、快速以太网主干网的升级

千兆位以太网交换机能支持多个100/1000Mbps交换机。

通过千兆位以太网接口，千兆位以太网还能支持路由器或集线器等设备以构成千兆位以太网主干网。

如果需要，也可以使用千兆位中继器。

一旦使用千兆位以太网交换机组成主干网，高性能工作站就能直接用千兆位以太网卡连接至交换机，以增加使用高带宽应用的用户到服务器的吞吐率。

同时，这种升级可使网络能支撑更多的网段，每个网段有更多的节点及更高的带宽。

标准

千兆位以太网标准为802.3z。

目前，千兆位以太网的标准化活动正在紧锣密鼓地进行之中。

千兆位以太网联盟的主要目的之一就是加速千兆位以太网的标准化活动。

人们期望千兆位以太网像快速以太网一样能成为IEEE802.3的扩充。

快速以太网的标准化活动耗时13个月，估计千兆位以太网的标准化活动耗时将基本与快速以太网相同，也就是说，千兆位以太网的标准化活动将大大快于其它速度相当的快速网络的标准化进程。

IEEE802.3z千兆位以太网任务组力争在1998年完成标准化工作。

802.3z千兆位以太网任务组制定的千兆位以太网标准将支持以下特性：

·在1000Mbps可进行全双工和半双工操作；

·使用802.3/以太网数据格式；

·使用CSMA/CD访问方法并能支持每域一个中继器；

·地址与10Base-T和100Base-T技术向后兼容。

另外，千兆位以太网工作组在连接距离上也制定了三个目标：

多模光纤连接最大距离为500m；单模光纤连接最大距离为2Km；基于铜介质（如同轴缆）的连接最大距离最少为25m；同时，IEEE也关注使用CAT5UTP、最大距离至少为100m的技术。

此外，IEEE的另一工作组完成了全双工操作标准～802.2x。

802.3z千兆位以太网工作组在全双工操作模式的介质访问控制及网络接口的流控制机制上遵从802.3x标准。

由于千兆位以太网在提供千兆位速率的同时最大限度地保持了同现有以太网的兼容性，我们可以预测千兆位以太网将如100M位快速以太网一样取得成功，为广大的以太网用户提供经济的1000M位升级途径。

网络是将独立的设备连接在一起，并使它们可以共享信息和资源的连接系统。

综合布线中长飞光纤光缆的终端盒与光纤耦合器在的光纤熔接，16路视频光端机比8路视频光端机和4路视频光端机好用。

正确的设计和实施一个网络系统可以提高通信的速度和可靠性，从而使得一个系统工作起来更加富有效率。

网络的建设应该满足已公布的国家和国际标准的要求，并应能够根据商业要求的改变进行不断的进化和升级。

随着计算机的大量使用，人们越来越关注网络和布线的话题。

以前，IT经理们对通信系统的关心只限于电话。

反观现在，他们不得不面对更复杂，变化更快的计算和信息系统。

在过去，台式计算机通常都是独立进行工作，。

现在这种情况已经发生了变化。

目前约有超过50％的商用计算机连在局域网中，它们可以大大的提高工作效率。

局域网可以将计算机与服务器和外设连接在一起，或者为传感器、照相机、监视器以及其他电子设备提供信号通道。

如果这些链路是以临时为基础，那么，工作区将很快就堆满了各种无法辨别的电缆，对它们进行故障排除和维护几乎是不可能的。

将那些用于完成计算、建筑物安全以及环境控制等任务的电子设备集成到一个集成系统中去将会产生更大的效益。

当这些独立设备的数量增加时，这些设备协同工作的优点就越发明显。

当然，对设备链路的需求也将相应的增加。

对于那些已经拥有了复杂计算机系统的公司来说，情况同样也在改变。

从传统的主机和微型计算机到客户机/服务器系统的转变意味着专用网络必将被开放系统所取代。

网络的使用也正在被扩展到新的领域。

许多管理者将第一次面对如何为网络安全系统、视频会议系统以及多媒体信息系统制定布线策略的问题。

由于网络的地位在不断地以这种方式进行扩展，因此，所有的管理层人员都需要了解网络的知识。

网络建设的策略

对网络和电缆类型的选择主要是由需要连接的设备的类型、它们的位置和它们的使用方式来决定的。

在开始规划以前，给出关于网络潜在的负载说明是非常有必要的。

当一个网络为多个系统服务时，应对它们的混合数据流量的峰值进行仔细的考虑。

对于一个完整的新系统来说，负载评估的主要工作是计算网络节点数量，询问各部门在"最坏情况"下的使用要求。

当对一个已存在的系统进行更换时，在计划更换之前，应对系统的使用方式进行一个星期或更长一段时间的监测。

当软件的升级也是系统升级的一部分时，例如将计算机从DOS环境升级到Windows环境，对网络进行复杂的评估将是很困难的。

然而软件供应商这时也许会给出一个关于网络通信流量的评估。

在规划阶段，对未来需求的规划和对现在需求的规划应放在同等重要的地位上。

布线系统的平均目标生命周期为15年，它与主要建筑物的整修周期是一致的。

在这段时间内，系统的计算机硬件、软件和使用方式都将发生重大的变化。

网络的吞吐量、可靠性和安全性的要求肯定都要增加。

在网络建设的初期,作为工作的重要组成部分,专业人员还应为网络制定详细的技术指标。

为网络和布线制定粗略的技术指标是IT管理员常犯的错误。

不成熟的网络可能导致系统崩溃，代价将十分高昂，因此在网络的安装阶段过度地节省资金是一个不明智的做法。

在制定网络详细技术指标时应考虑以下一些关键因素：

·使用方式，包括所有应用的混合数据流流量大小和峰值负载持续时间

·用户的数量和可能的增长速度

·用户的位置及他们之间的最长距离

·用户位置发生变化的可能的概率

·与当前和今后计算机及软件的连接

·电缆布线的可用空间

·网络拥有者的总投资

·法规及安全性要求

·防止服务丢失和数据泄密的重要性

网络配置的选择要旨

目前常用的数据网络拓扑结构有三种。

它们是环形网、总线形网和星形网。

环形网，正如名字所描述的那样，是使用一个连续的环将每台设备连接在一起。

它能够保证一台设备上发送的信号可以被环上其他所有的设备都看到。

在简单的环形网中，网络中任何部件的损坏都将导致系统出现故障，这样将阻碍整个系统进行正常工作。

而具有高级结构的环形网则在很大程度上改善了这一缺陷。

令牌环

环形网络的一个例子是令牌环局域网，它的传输速率为4Mbit/s和16Mbit/s，这种网络结构最早由IBM推出，但现在被其他厂家采用。

在令牌环网络中，拥有"令牌"的设备允许在网络中传输数据。

这样可以保证在某一时间内网络中只有一台设备可以传送信息。

总线形网络

总线形网络使用一定长度的电缆，也就是必要的高速通信链路将设备连接在一起。

设备可以在不影响系统中其他设备工作的情况下从总线中取下。

总线形网络中最主要的实现就是以太网，它目前已经成为局域网的标准。

连接在总线上的设备通过监察总线上传送的信息来检查发给自己的数据。

当两个设备想在同一时间内发送数据时，以太网上将发生碰撞现象，但是使用一种叫作载波侦听多重访问/碰撞监测（CSMA/CD）的协议可以将碰撞的负面影响降到最低。

星形网

星形网的组成通过中心设备将许多点到点连接。

在电话网络中，这种中心结构是PABX。

在数据网络中，这种设备是主机或集线器。

在星形网中，可以在不影响系统其他设备工作的情况下，非常容易地增加和减少设备。

（待续）

布线名词

·100Base－T4　使用4线对3类电缆的100Mbit/s快速以太网。

·100Base－TX　使用2线对5类电缆的100Mbit/s快速以太网。

·100VG－AnyLAN　最早由惠普公司和AT＆T共同开发的使用需求优先级协议的100Mbit/s局域网。

·10Base－T　使用非屏蔽双绞线（UTP）电缆，满足电子和电气工程师协会（IEEE）802.3标准（与以太网相同）传输速率为10Mbps的局域网。

·临时布线系统　将多家厂商生产的不同类型的布线部件来实现布线系统的布线系统方案。

·模拟传输　使用连续变量和直接物理测量值（比如电压等）来表示信号的信号传输方式。

·应用　一种系统，与其相关连的传输方式受到电信布线系统的支持。

·应用层　开放式系统互连模型（OSI）的最高层（第7层）。

这一层主要是用于支持用户应用程序和负责管理应用程序之间的通信，例如电子邮件应用、文件传输应用等。

·异步　两个或多个信号源使用独立的时钟信号，因此它们具有不同的频率和相位。

·异步数据传输　一种传输数据的方式，需要传送的数字或字母符号（由7到8位二进制数字表示）前面加上开始或结束位，从而形成一种7/8位方式在（数字）传输媒介上实现数据传输。

·异步转移模式（ATM）　一种高速的，以单元（cell）为基础的交换技术，它采用多种技术将语音、数据和视频等信号放在长度固定的数据包（单元）内。

这些单元沿着交换路径传输，它们并不是按照固定的顺序达到接收方（因此使用了异步这个术语）。

·衰减　随着传输线长度或无线电波传输距离的不断增加造成信号减小的现象。

·干线　综合布线系统的一个组成部分，包括一个用于支持从设备间到楼上、或同一层楼内配线间连接的主电缆布线及相应设施。

·平衡电路　用于产生相同和相反信号的电路，它将这些信号送入两个导线。

电路的平衡特性越好，信号的散射就越小，它的噪声抑制特性也越好（因此它的EMC性能就越好）。

·平衡双绞线电缆　包括一对或多对金属对称电缆单元（双绞线或四绞线）的电缆。

·不平衡变压器　用于在平衡和非平衡线路之间实现阻抗匹配的设备，通常是用于双绞线和同轴电缆之间。

·带宽　在一个信道上用于传输信息的可用频率范围。

它是用来表示信道传输能力的指标。

因此，带宽越宽，电路能够传输的信息量就越大。

带宽的单位为Hz、bit/s或MHz.km（用于光纤）。