萬兆以太網(wǎng)規(guī)范解析

萬兆以太網(wǎng)標準和規(guī)范比較繁多，在標準方面，有2002年的IEEE 802.3ae，2004年的IEEE 802.3ak，2006年的IEEE 802.3an、IEEE 802.3aq和2007年的IEEE 802.3ap;在規(guī)范方面，總共有10多個(是一比較龐大的家族，比千兆以太網(wǎng)的9個又多了許多)。

在這10多個規(guī)范中，可以分為三類：一是基于光纖的局域網(wǎng)萬兆以太網(wǎng)規(guī)范，二是基于雙絞線(或銅線)的局域網(wǎng)萬兆以太網(wǎng)規(guī)范，三是基于光纖的廣域網(wǎng)萬兆以太網(wǎng)規(guī)范。下面分別予以介紹。

1.基于光纖的局域網(wǎng)萬兆以太網(wǎng)規(guī)范

就目前來說，用于局域網(wǎng)的基于光纖的萬兆以太網(wǎng)規(guī)范有：10GBase-SR、10GBase-LR、10GBase-LRM、10GBase-ER、10GBase-ZR和10GBase-LX4這六個規(guī)范。

10GBase-SR

10GBase-SR中的"SR"代表"短距離"(short range)的意思，該規(guī)范支持編碼方式為64B/66B的短波(波長為850nm)多模光纖(MMF)，有效傳輸距離為2～300m，要支持300m傳輸需要采用經(jīng)過優(yōu)化的50μm線徑OM3(Optimized Multimode 3，優(yōu)化的多模3)光纖(沒有優(yōu)化的線徑50μm光纖稱為OM2光纖，而線徑為62.5μm的光纖稱為OM1光纖)。

10GBase-SR具有最低成本、最低電源消耗和最小的光纖模塊等優(yōu)勢。

10GBase-LR

10GBase-LR中的"LR"代表"長距離"(Long Range)的意思，該規(guī)范支持編碼方式為64B/66B的長波(1310nm)單模光纖(SMF)，有效傳輸距離為2m到10km，事實上最高可達到25km。

10GBase-LR的光纖模塊比下面將要介紹的10GBase-LX4光纖模塊更便宜。

10GBase-LRM

10GBase-LRM中的"LRM"代表"長度延伸多點模式"(Long Reach Multimode)，對應(yīng)的標準為2006年發(fā)布的IEEE 802.3aq。在1990年以前安裝的FDDI 62.5?m多模光纖的FDDI網(wǎng)絡(luò)和100Base-FX網(wǎng)絡(luò)中的有效傳輸距離為220m，而在OM3光纖中可達260m，在連接長度方面，不如以前的10GBase-LX4規(guī)范，但是它的光纖模塊比10GBase-LX4規(guī)范光纖模塊具有更低的成本和更低的電源消耗。

10GBase-ER

10GBase-ER中的"ER"代表"超長距離"(Extended Range)的意思，該規(guī)范支持超長波(1550nm)單模光纖(SMF)，有效傳輸距離為2m到40km。

10GBase-ZR

幾個廠商提出了傳輸距離可達到80km超長距離的模塊接口，這就是10GBase-ZR規(guī)范。它使用的也是超長波(1550nm)單模光纖(SMF)。但80km的物理層不在EEE 802.3ae標準之內(nèi)，是廠商自己在OC-192/STM-64 SDH/SONET規(guī)范中的描述，也不會被IEEE 802.3工作組接受。

10GBase-LX4

10GBase-LX4采用波分復(fù)用技術(shù)，通過使用4路波長統(tǒng)一為1300 nm，工作在3.125Gb/s的分離光源來實現(xiàn)10Gb/s傳輸。該規(guī)范在多模光纖中的有效傳輸距離為2～300m，在單模光纖下的有效傳輸距離最高可達10km。它主要適用于需要在一個光纖模塊中同時支持多模和單模光纖的環(huán)境。因為10GBase-LX4規(guī)范采用了4路激光光源，所以在成本、光纖線徑和電源成本方面較前面介紹的10GBase-LRM規(guī)范有不足之處。

2.基于雙絞線(或銅線)的局域網(wǎng)萬兆以太網(wǎng)規(guī)范

在2002年發(fā)布的幾個萬兆以太網(wǎng)規(guī)范中并沒有支持銅線這種廉價傳輸介質(zhì)的，但事實上，像雙絞線這類銅線在局域網(wǎng)中的應(yīng)用是最普遍的，不僅成本低，而且容易維護，所以在近幾年就相繼推出了多個基于雙絞線(6類以上)的萬兆以太網(wǎng)規(guī)范包括10GBase-CX4、10GBase-KX4、10GBase-KR、10GBase-T。下面分別予以簡單介紹。

10GBase-CX4

10GBase-CX4對應(yīng)的就是2004年發(fā)布的IEEE 802.3ak萬兆以太網(wǎng)標準。10GBase-CX4使用802.3ae中定義的XAUI(萬兆附加單元接口)和用于InfiniBand中的4X連接器，傳輸介質(zhì)稱之為"CX4銅纜"(其實就是一種屏蔽雙絞線)。它的有效傳輸距離僅15m。

10GBase-CX4規(guī)范不是利用單個銅線鏈路傳送萬兆數(shù)據(jù)，而是使用4臺發(fā)送器和4臺接收器來傳送萬兆數(shù)據(jù)，并以差分方式運行在同軸電纜上，每臺設(shè)備利用8B/10B編碼，以每信道3.125GHz的波特率傳送2.5Gb/s的數(shù)據(jù)。這需要在每條電纜組的總共8條雙同軸信道的每個方向上有4組差分線纜對。另外，與可在現(xiàn)場端接的5類、超5類雙絞線不同，CX4線纜需要在工廠端接，因此客戶必須指定線纜長度。線纜越長一般直徑就越大。

10GBase-CX4的主要優(yōu)勢就是低電源消耗、低成本、低響應(yīng)延時，但是接口模塊比SPF+的大。

10GBase-KX4 和10GBase-KR

10GBase-KX4 和10GBase-KR所對應(yīng)的是2007年發(fā)布的IEEE 802.3ap標準。它們主要用于背板應(yīng)用，如刀片服務(wù)器、路由器和交換機的集群線路卡，所以又稱之為"背板以太網(wǎng)"。

萬兆背板目前已經(jīng)存在并行和串行兩種版本。并行版(10GBase-KX4規(guī)范)是背板的通用設(shè)計，它將萬兆信號拆分為4條通道(類似XAUI)，每條通道的帶寬都是3.125Gb/s。而在串行版(10GBase-KR規(guī)范)中只定義了一條通道，采用64/66B編碼方式實現(xiàn)10Gb/s高速傳輸。在10GBase-KR規(guī)范中，為了防止信號在較高的頻率水平下發(fā)生衰減，背板本身的性能需要更高，而且可以在更大的頻率范圍內(nèi)保持信號的質(zhì)量。IEEE 802.3ap標準采用的是并行設(shè)計，包括兩個連接器的1m長銅布線印刷電路板。10GBase-KX4使用與10GBase-CX4規(guī)范一樣的物理層編碼，10GBase-KR使用與10GBase-LR/ER/SR三個規(guī)范一樣的物理層編碼。目前，對于具有總體帶寬需求或需要解決走線密集過高問題的背板，有許多家供應(yīng)商提供的SerDes芯片均采用10GBase-KR解決方案。

10GBase-T

10GBase-T對應(yīng)的是2006年發(fā)布的IEEE 802.3an標準，可工作在屏蔽或非屏蔽雙絞線上，最長傳輸距離為100m。這可以算是萬兆以太網(wǎng)一項革命性的進步，因為在此之前，一直認為在雙絞線上不可能實現(xiàn)這么高的傳輸速率，原因就是運行在這么高工作頻率(至少為500MHz)基礎(chǔ)上的損耗太大。但標準制定者依靠4項技術(shù)構(gòu)件使10GBase-T變?yōu)楝F(xiàn)實：損耗消除、模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換、線纜增強和編碼改進。

10GBase-T的電纜結(jié)構(gòu)也可用于1000Base-T規(guī)范，以便使用自動協(xié)商協(xié)議順利從1000Base-T升級到10GBase-T網(wǎng)絡(luò)。10GBase-T相比其他10G規(guī)范而言，具有更高的響應(yīng)延時和消耗。在2008年，有多個廠商推出一種硅元素可以實現(xiàn)低于6W的電源消耗，響應(yīng)延時小于百萬分之一秒(也就是1μs)。在編碼方面，不是采用原來1000Base-T的PAM-5，而是采用了PAM-8編碼方式，支持833Mb/s和400MHz帶寬，對布線系統(tǒng)的帶寬要求也相應(yīng)地修改為500MHz，如果仍采用PAM-5的10GBase-T對布線帶寬的需求是625MHz。

在連接器方面，10GBase-T使用已廣泛應(yīng)用于以太網(wǎng)的650MHz版本RJ-45連接器。在6類線上最長有效傳輸距離為55m，而在6a類類雙線上可以達到100m。

3.基于光纖的廣域網(wǎng)萬兆以太網(wǎng)規(guī)范

前面提到的10GBase-SW、10GBase-LW、10GBase-EW和10GBase-ZW規(guī)范都是應(yīng)用于廣域網(wǎng)的物理層規(guī)范，專為工作在OC-192/STM-64 SDH/SONET環(huán)境而設(shè)置，使用輕量的SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步數(shù)字體系)/SONET(Synchronous Optical Networking，同步光纖網(wǎng)絡(luò))幀，運行速率為9.953Gb/s。它們所使用的光纖類型和有效傳輸距離分別對應(yīng)于前面介紹的10GBase-SR、10GBase-LR、10GBase-ER和10GBase-ZR規(guī)范。

在10GBase-LX4和10GBase-CX4規(guī)范中沒有廣域網(wǎng)物理層，因為以前的SONET/SDH標準都是工作在串行傳輸方式的，而10GBase-LX4和10GBase-CX4規(guī)范采用的是并行傳輸方式。

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