[魏亮]万兆以太网技术背景、简介和展望
来源:互联网 发布:银泰网网络 编辑:程序博客网 时间:2024/05/01 21:42
以太网标准是一个古老而又充满活力的标准。自从1982年以太网协议被IEEE采纳成为标准以后,已经历了20年的风风雨雨。在这20年中,以 太网技术作为局域网链路层标准战胜了令牌总线、令牌环、wangnet、
在这20年中,以太网由最初
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。千兆以太网以及随后出现的万兆以太网标准是两个比较重要的标准,以太网技术通过这两个标准从桌面的局域网技术延伸到校园网以及城域网的汇聚和骨干。
一、万兆以太网出现的背景
以太网主要在局域网中占绝对优势。但是在很长的一段时间中,人们普遍认为以太网不能用于城域网,特别是汇聚层以及骨干层。主要原因在于以太网用作城域网骨干带宽太低(
目前最常见的以太网是
传输距离也曾经是以太网无法作为城域数据网骨干层汇聚层链路技术的一大障碍。无论是
综上所述,以太网技术不适于用在城域网骨干/汇聚层的主要原因是带宽以及传输距离。随着万兆以太网技术的出现,上述两个问题基本已得到解决。
二、万兆以太网技术简介
以太网采用CSMA/CD机制,即带碰撞检测的载波监听多重访问。千兆以太网接口基本应用在点到点线路,不再共享带宽。碰撞检测,载波监听和多重访问已不再重要。千兆以太网与传统低速以太网最大的相似之处在于采用相同的以太网帧结构。万兆以太网技术与千兆以太网类似,仍然保留了以太网帧结构。通过不同的编码方式或波分复用提供10Gbit/s传输速度。所以就其本质而言,
1、10G串行物理媒体层
10GBASE-SR/SW传输距离按照波长不同由
2、PMD(物理介质相关)子层
PMD子层的功能是支持在PMA子层和介质之间交换串行化的符号代码位。PMD子层将这些电信号转换成适合于在某种特定介质上传输的形式。PMD是物理层的最低子层,标准中规定物理层负责从介质上发送和接收信号。
3、PMA(物理介质接入)子层
PMA子层提供了PCS和PMD层之间的串行化服务接口。和PCS子层的连接称为PMA服务接口。另外PMA子层还从接收位流中分离出用于对接收到的数据进行正确的符号对齐(定界)的符号定时时钟。
4、WIS(广域网接口)子层
WIS子层是可选的物理子层,可用在PMA与PCS之间,产生适配ANSI定义的SONET STS
5、PCS(物理编码)子层
PCS子层位于协调子层(通过GMII)和物理介质接入层(PMA)子层之间。PCS子层完成将经过完善定义的以太网MAC功能映射到现存的编码和物理层信号系统的功能上去。PCS子层和上层RS/MAC的接口由XGMII提供,与下层PMA接口使用PMA服务接口。
6、RS(协调子层)和XGMII(10Gbit/s介质无关接口)
协调子层的功能是将XGMII的通路数据和相关控制信号映射到原始PLS服务接口定义(MAC/PLS)接口上。XGMII接口提供了10Gbit/s的MAC和物理层间的逻辑接口。XGMII和协调子层使MAC可以连接到不同类型的物理介质上。
由于
以太网一般利用物理层中特殊的10B(Byte)代码实现帧定界的。当MAC层有数据需要发送时,PCS子层对这些数据进行8B/10B编码,当发现 帧头和帧尾时,自动添加特殊的码组SFD(帧起始定界符)和EFD(帧结束定界符);当PCS子层收到来自底层的10B编码数据时,可很容易地根据SFD 和EFD找到帧的起始和结束从而完成帧定界。但是SDH中承载的千兆以太网帧定界不同于标准的千兆以太网帧定界,因为复用的数据已经恢复成8B编码的码 组,去掉了SFD和EFD。如果只利用千兆以太网的前导(Preamble)和帧起始定界符(SFD)进行帧定界,由于信息数据中出现与前导和帧起始定界 符相同码组的概率较大,采用这样的帧定界策略可能会造成接收端始终无法进行正确的以太网帧定界。为了避免上述情况,
IEEE802.3 HSSG小组为此提出了修改千兆以太网帧格式的建议,在以太网帧中添加了长度域和HEC域。为了在定帧过程中方便查找下一个帧位置,同时由于最大帧长为 1518字节,则最少需要11个比特(=2048),所以在复接MAC帧的过程中用两个字节替换前导头两个字节作为长度字段,然后对这8个字节进行 CRC-16校验,将最后得到的两个字节作为HEC插入SFD之后。
在GMII接口处发送HOLD信号,MAC层在一个时钟周期停止发送;
利用“Busyidle”,物理层向MAC层在IPG期间发送“Busy idle”,MAC层收到后,暂停发送数据。物理层向MAC层在IPG期间发送“Normal idle”, MAC层收到后,重新发送数据;
采用IPG延长机制:MAC帧每次传完一帧,根据平均数据速率动态调整IPG间隔。
三、万兆以太网技术展望
万兆以太网在设计之初就考虑城域骨干网需求。首先带宽
我们可以清楚地看到,
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