1000BASE-T技术原理

admin · 发表于 2011-11-20 10:09:27

<font color="#3309dd"><h3>1000BASE-T技术原理</h3><font class="v9" color="#3309dd">千兆以太网媒质规范 </font> <p><font class="v9"><font color="#ffffff">----</font> 千兆以太网可以利用现有的线缆设施，从而获得良好的性能价格比。它可以在楼层内、楼内和园区内的网络上采用，因为它可以支持多种连接媒体和大范围的连接距离。特别地，千兆以太网可以在下列四种媒质上运行: </font></p><ul class="v9"><li>单模<a target="_self"><u><strong>光</strong></u></a>纤，最大连接距离至少可达5公里 </li><li>多模光纤，最大连接距离至少550米 </li><li>平衡、屏蔽铜缆，最大连接距离至少25米 </li><li>五类线，最大连接距离至少100米 </li></ul><center><table border="0" width="580"><tbody><tr><td valign="top"><center><img style="cursor: pointer;" title="点击图片可在新窗口打开" src="http://www.3com.com.cn/solutions/whitepapers/2000/images/3.gif"/></center></td></tr><tr><td class="v9" valign="top">Notes: Figure shows the percentage of organizations that have installed the cable type. Multiple choices were allowed. Other cabling types (Category 6 STP, Category 4, Category 6 UTP, plastic optical fiber) each scored less than 10 percent. Source: Sage Research, December 1998, Network Cabling Market Study <br/><strong>Figure 1.</strong> Current Horizontal Network Cable Types </td></tr></tbody></table><table border="0" width="580"><tbody><tr><td valign="top"><center><img style="cursor: pointer;" title="点击图片可在新窗口打开" src="http://www.3com.com.cn/solutions/whitepapers/2000/images/4_a.gif"/></center></td></tr><tr><td class="v9" valign="top">Notes: Figure shows the percentage of organizations that have installed the cable type. Multiple choices were allowed. Other cabling types (Category 3, Category 5e, Category 6 STP, Category 4, Category 6 UTP, plastic optical fiber) each scored less than 10 percent. <br/>Source: Sage Research, December 1998, Network Cabling Market Study <br/><strong>Figure 2.</strong>Current Building Backbone Cable Types </td></tr></tbody></table><p><font class="v9"><font color="#ffffff">----</font> <em>1 According to industry analyst International Data Corporation (IDC), Framingham, MA. </em> </font><br/><font class="v9"><font color="#ffffff">----</font> 2 From the December 1998 Networking Cabling Market Study by Sage Research, Natick, MA.</font></p><p><font class="v9"><font color="#ffffff">----</font> IEEE 802.3z
千兆以太网标准于1998年六月获得批准，它为三种传输媒质定义了三种收发器: 1000BASE-LX用于安装单模光纤，1000BASE-SX用于安
装多模光纤， 1000BASE-CX用于平衡、屏蔽铜缆，它可以用于机房的互连。1000BASE-LX的收发器也可以于多模光纤，其传送距离至少可达
550米。 </font></p><p><font class="v9"><font color="#ffffff">----</font> 另一个特别工作小组，IEEE 802.3ab已经定义了在 5类线的基础上运行千兆以太网的物理层。IEEE标准化委员会在1999年六月批准了1000BASE-T标准。图三概括了这几种千兆以太网的选择方案，以及定义它们的标准。 </font></p><p><font class="v9"><font color="#ffffff">----</font> 如果要了解更多有关在支持不同媒体上支持千兆以太网的信息，请参阅附录A。 </font></p><center><table border="0"><tbody><tr><td valign="top"><img style="cursor: pointer;" title="点击图片可在新窗口打开" src="http://www.3com.com.cn/solutions/whitepapers/2000/images/4_b.gif"/> </td></tr><tr><td class="v9" valign="top">Figure 3. Gigabit Ethernet Media Options and Standards </td></tr></tbody></table><p><font class="v9" color="#3309dd">1000BASE-T重要规范 </font></p><p><font class="v9"><font color="#ffffff">----</font> 1000BASE-T可以继续使用现有的线缆设施，它规定在5类线上的传输距离最远可达100米。 </font></p><p><font class="v9"><font color="#ffffff">----</font> 1000BASE-
T的其他一些重要规范使其成为一种价格低廉、不易被破坏并具有良好性能的技术。首先，它支持以太网MAC，而且可以后向兼容10/l00Mbps以太网技
术。其次，很多的1000BASE-T产品都将支持100/1000自动协商功能，1000BASE-T因此可以直接在快速以太网络中通过升级实现。第
三，1000BASE-T是一种高性能技术，它每传送100亿比特，其中错误的数据位不会超过一个(误比特率低于10-10 ，这与100BASE-T的
误比特率相当)。 </font></p><p><font class="v9" color="#3309dd">详细的1000BASE-T线缆规范 </font></p><p><font class="v9"><font color="#ffffff">----</font> 1000BASE-
T规定可以在五类平衡双绞线上传送数据。在ANSI/EIA/TIA-568-A(1995)中规定了其所采用的四对五类双绞线的性能。其他的链路性能参
数(回程损耗和ELFEXT)在TIA/EIA-TSB-95中规定。图4详细地列出了所有与1000BASE-T线缆性能参数规范有关的标准。如想了解
更多有关的信息，请参阅附录B。五类线的标准在ISO/IEC 11801: 1995中有规定("信息技术: 用户前端设备的通用线缆")。ISO
/IEC 11801: 1995的第二版将会规定一些其他的线缆性能参数，以便支持千兆以太网。 </font></p><p><font class="v9" color="#3309dd">1000BASE-T设计 </font></p><p><font class="v9"><font color="#ffffff">----</font> 1000BASE-T是专门为在五类双绞线上传送数据而设计的。1Gbps的传送速率可以等效地看作在四对双绞线上，每对的传送速率为250Mbps (250Mbps x 4 = 1Gbps)。 </font></p><p><font class="v9"><font color="#ffffff">----</font> 1000BASE-T与100BASE-T采用相同的传送时钟频率(125MHz)，但是利用了一种更加强大的信号传输和编/解码方案，该方案可以在链路上较100BASE-T多传送一倍的数据。下面是对这两种技术规范的比较: </font></p><ul class="v9"><li>1000BASE-T: 125MHz x 2比特 = 250Mbps </li><li>100BASE-TX: 125MHz x 2比特-符号 = 125M比特-符号/s </li></ul><font class="v9"><font color="#ffffff">----</font> 请注意: 125M比特-符号/s等效于100Mbps，因为100BASE-T采用一种4B/5B编码-在将信号放到线缆上进行传输之前，每4比特的数据被转换成5比特-符号; 因此有效的比特传送速率为: 125 x 4/5 = 100Mbps。 </font> <p><font class="v9"><font color="#ffffff">----</font> 1000BASE-
T可以支持现有的已经获得实际检验的快速以太网和V.90/56K调制解调器技术，从而获得了良好的性能价格比。在802.3快速以太网和V.90或
56K调制解调器中实现信号传输和编/解码技术的高级DSP也可以用来实现1000BASE-T。第六页中的表1总结了1000BASE-T可以重新使用
的100BASE-T的技术和方案。如果要了解更详细的信息，请参阅附录C。 </font></p></center></center><h3> </h3><h3> </h3></font><br/>

admin · 发表于 2011-11-20 10:09:53

<font color=\"#3309dd\"><h3>附录A <br/>千兆以太网结构和对不同媒质的支持 </h3><p><font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> 千兆位以太网规范中的技术包括OSI模型中最下面的两层: </font> </p><ul class=\"v9\"><li>数据链路层, 控制对物理传输媒体的访问  </li><li>物理层, 控制在物理媒体上的实际传输  </li></ul><p><font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> 千
兆位以太网可以支持以太网媒体访问控制(MAC)子层，从而实现了数据链路层的功能。MAC子层将上层通信发送的数据封装到以太网的帧结构中，并决定数据
的安排、发送和接收方式。千兆位以太网的MAC就是以太网/快速以太网的MAC，这可以保证以太网/快速以太网和千兆位以太网帧结构之间的向后兼容性。 </font> </p><p><font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> MAC
层通过千兆媒体无关接口(GMII)发送或接收数据帧。因为GMII的设计允许MAC设备以一种标准方式测试是否存在符合千兆以太网标准的物理
层，IEEE 802.3ab委员会可以将注意力主要集中在为五类线上传输的千兆以太网设计物理层上。在IEEE 802.3z特别工作组设计和定义千兆
以太网总体标准和在光纤与屏蔽双绞线上的物理层实现方案的同时，IEEE 802.3ab特别工作组定义了1000BASE-T的标准。 </font></p><p><font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> 物理层定义了数据传输和接收的电气信号、链路状态、时钟要求、数据编码和电路系统。为了实现这些功能，定义了如下几个子层: </font></p><ul class=\"v9\"><li>物理编码子层(PCS): 将GMII所发送的数据进行编码/解码，使其可适于在物理媒体上进行传送。  </li><li>物理媒体附加子层(PMA): 生成发送到线路上的信号，并接收线路上的信号。  </li><li>物理媒体相关子层(PMD): 提供与线缆的物理连接。  </li></ul><p><font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> 表2详细介绍了千兆以太网媒体规范、相关线缆规范和IEEE所规定的最小范围。 </font> </p><p> </p><center><table border=\"0\"><tbody><tr><td valign=\"top\"><img style=\"cursor: pointer;\" title=\"点击图片可在新窗口打开\" src=\"http://www.3com.com.cn/solutions/whitepapers/2000/images/9_b.gif\"/> </td></tr></tbody></table></center><table border=\"0\" width=\"580\"><tbody><tr><td width=\"500\"><hr/></td><td align=\"right\" width=\"80\"><font class=\"v9\"><a href=\"http://www.3com.com.cn/solutions/whitepapers/2000/20000726.asp#top\"><font color=\"#800080\">返回TOP</font></a> </font></td></tr></tbody></table><a name=\"8\"></a><h3>附录B <br/>1000BASE-T的重要性能参数 </h3></font>
<p><font color=\"#3309dd\">专用于1000BASE-T线缆的性能参数 </font> </p>
<p><font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> 为
1000BASE-T的回程损耗和远端串扰(FEXT)所增加的线缆性能参数在10BASE-T和100BASE-TX中并没有规定。这些参数与不同的信
号实现方式有关。10BASE-T和100BASE-TX中的信号是单向的-信号在一对双绞线上沿一个方向进行传输。与之相反的是，千兆以太网的信号是双
向传输的-在同一对双绞线上，两个方向信号同时进行传输; 也就是说，两个收发器对占据同一对双绞线(图8)。1000BASE-T在四对双绞线上使用双
向传输的信号。在一对双绞线传送双向数据是通过一种被称作\"混合电路\"的设备实现的。混合电路将本地发送的信号与本地接收的信号区分开来。 </font></p>
<p><font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> 回程损耗是用来测量由于在线缆系统中阻抗不匹配而带来的反射能量的方式。回声通过回波抵消进行补偿。回波抵消技术已经在现有的电话网络中得到了实际检验。 </font></p>
<p><font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> FEXT是因为多余的信号耦合而在由近端的发送器导入远端的接收器的噪声。FEXT是类似1000BASE-T的多对、双向信号处理技术的一个重要因素，它可以通过抵消来消除。 </font></p>
<p><font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> 为了测量由于近端发送器耦合到邻近双绞线对中的多余信号，定义了等级别远端串扰(ELFEXT)。它可以在远端测量耦合信号，并与同一对双绞线中所测得的接收信号电平进行比较。 </font></p>
<p> </p>
<center><table border=\"0\"><tbody><tr><td valign=\"top\"><img style=\"cursor: pointer;\" title=\"点击图片可在新窗口打开\" src=\"http://www.3com.com.cn/solutions/whitepapers/2000/images/11_a.gif\"/> </td><td valign=\"top\"><img style=\"cursor: pointer;\" title=\"点击图片可在新窗口打开\" src=\"http://www.3com.com.cn/solutions/whitepapers/2000/images/11_c.gif\"/> </td></tr><tr><td valign=\"top\"><img style=\"cursor: pointer;\" title=\"点击图片可在新窗口打开\" src=\"http://www.3com.com.cn/solutions/whitepapers/2000/images/11_b.gif\"/> </td><td class=\"v9\" valign=\"top\">Bidirectional transmission on the same wire results in echo (Figure 9). Echo is the combined effect of the cabling return loss and the hybrid function. </td></tr></tbody></table></center>
<p><font class=\"v9\" color=\"#3309dd\">10BASE-T、100BASE-TX和1000BASE-T线缆的性能参数 </font></p>
<p><font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> 传输信号可能由于线缆或外部的噪声源的影响而受到损害(第12页中图11)。为了接收器能够可靠地工作，必须控制传输信号的损耗。必须保持一定的信噪比(SNR)，损耗(一般称作噪声)与传输信号之间的比值，这样才能获得可以接受的误比特率(BER)。 </font></p>
<p> </p>
<center><table border=\"0\"><tbody><tr><td valign=\"top\"><img style=\"cursor: pointer;\" title=\"点击图片可在新窗口打开\" src=\"http://www.3com.com.cn/solutions/whitepapers/2000/images/12_a.gif\"/> </td></tr></tbody></table></center>
<p><font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> 以下的一些重要线缆性能参数决定了信号的损耗: </font></p>
<ul class=\"v9\"><li><strong>衰减 </strong>是
由于线缆阻抗而引起的信号能量的减少，以分贝表示(图12)。衰减是频率的函数，而且正比于线缆的长度，也就是说在给定频率的情况下，长度为50米的线缆
上的衰减是长度为100米的衰减的一半。在接收器对信号进行均衡以补偿线缆的损耗时，衰减的影响将会被消除。以太网、快速以太网和千兆以太网的信号都会受
到线缆衰减的影响。  </li></ul>
<center><table border=\"0\"><tbody><tr><td valign=\"top\"><img style=\"cursor: pointer;\" title=\"点击图片可在新窗口打开\" src=\"http://www.3com.com.cn/solutions/whitepapers/2000/images/12_b.gif\"/> </td></tr></tbody></table></center>
<ul class=\"v9\"><li><strong>近端串扰</strong>(NEXT) 是
发送器因为多余的信号耦合而引入邻近接收器的噪声(图13)。NEXT会影响以太网/快速以太网和千兆以太网。利用NEXT抵消器可以消除它的影响。千兆
以太网技术中使用了NEXT抵消器，而在快速以太网中则没有使用抵消器。在1000BASE-T中增加的NEXT抵消器可以提高以太网/快速以太网的性
能，因为它提高了抗噪声的能力。  </li></ul>
<center><table border=\"0\"><tbody><tr><td valign=\"top\"><img style=\"cursor: pointer;\" title=\"点击图片可在新窗口打开\" src=\"http://www.3com.com.cn/solutions/whitepapers/2000/images/12_c.gif\"/> </td></tr></tbody></table></center>
<ul class=\"v9\"><li><strong>延时 </strong>是指信号通过一个媒质进行传输经历的<a target=\"_self\"><u><strong>时间</strong></u></a>与光速的差值。延时畸变是指不同双绞线对延时的差值(图14)。对延时畸变所做的规定是为保证分散在四对双绞线上传送的信号可以在以太网/快速以太网和千兆以太网的接收端重新聚合起来。  </li></ul>
<center><table border=\"0\"><tbody><tr><td valign=\"top\"><img style=\"cursor: pointer;\" title=\"点击图片可在新窗口打开\" src=\"http://www.3com.com.cn/solutions/whitepapers/2000/images/12_d.gif\"/> </td></tr></tbody></table></center>
<p><font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> <strong>请注意性能的余量: </strong>非
常重要的一点是，1000BASE-T的设计是为了在最恶劣的环境中，在最大的距离上进行数据传送。也就是说，1000BASE-T是为在链路中的所有组
件(线缆和连接硬件)的性能特性均为最差的情况而设计的。在实际的网络中，不太可能出现在网络设施中包括多个或全部都是最差的组件的情况。此外，线缆的衰
减与距离成正比，也就是说，50米长线缆的衰减是100米线缆衰减的一半。因此，大多数已经安装的线缆和在通常的安装情况下，将会有较大的性能余量。 </font></p>
<p><font class=\"v9\" color=\"#3309dd\">概述 </font></p>
<p><font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> 所
有的以太网双绞线技术都受到信号损耗的影响。因是在1000BASE-T中，这些干扰已经被消除了。例如，1000BASE-T回波抵消器利用在电信领域
中得到广泛应用而且获得了实践检验的技术。此外，1000BASE-T串扰抵消器利用数字信号处理(DSP)技术，这种技术已经在很多高级调制解调器和数
字用户线(DSL)设备中采用。表3总结了1000BASE-T中的信号损耗和修正措施。 </font></p>
<p> </p>
<center><table border=\"0\"><tbody><tr><td valign=\"top\"><img style=\"cursor: pointer;\" title=\"点击图片可在新窗口打开\" src=\"http://www.3com.com.cn/solutions/whitepapers/2000/images/13_a.gif\"/> </td></tr></tbody></table></center>
<table border=\"0\" width=\"580\">
<tbody><tr><td width=\"500\"><hr/></td><td align=\"right\" width=\"80\"><font class=\"v9\"><a href=\"http://www.3com.com.cn/solutions/whitepapers/2000/20000726.asp#top\"><font color=\"#800080\">返回TOP</font></a> </font></td></tr></tbody>
</table>
<a name=\"9\"></a>
<h3>附录C <br/></h3>
<p>1000BASE－T物理层实现 <font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> 如前所述，1000BASE-T物理层是由多个子层组成的。 </font> </p>
<p><font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> 8
比特的帧通过千兆媒体无关接口(GMII)从 MAC子层传送到物理编码子层(PCS)。为了对8个GMII比特进行编码，需要26 = 256种码字。
在如果四对传输线路上使用双电平信号，只能实现24 = 16种数据编码。类似的，在三电平可以实现34＝81种编码。五电平信号将会实现
54 = 625种可能的编码，IEEE选择采用这种编码方式。1000BASE-T所采用的五电平信号名为脉冲幅度调制5(PAM-5)，它已经被
100BASE-T2(在两对三类双绞线上实现的快速以太网)所采用。 </font></p>
<p><font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> 与
之不同的是，100BASE-T采用的是三电平信号(MLT-3)。图15所示为100BASE-T和1000BASE-T信号的眼图。眼图所示的情况是
由随机数据调制而成的波形，每个信号的周期从左至右显示，在左侧的同一个位置开始。由这个图可以看出1000BASE-T相邻信号电平之间的距离更小，因
此对传输信号的变形更加敏感，也就是说，与100BASE-T其抗噪声冗余更少。 </font></p>
<p> </p>
<center><table border=\"0\"><tbody><tr><td valign=\"top\"><img style=\"cursor: pointer;\" title=\"点击图片可在新窗口打开\" src=\"http://www.3com.com.cn/solutions/whitepapers/2000/images/13_b.gif\"/>  <img style=\"cursor: pointer;\" title=\"点击图片可在新窗口打开\" src=\"http://www.3com.com.cn/solutions/whitepapers/2000/images/13_c.gif\"/> </td></tr><tr><td class=\"v9\" valign=\"top\">Figure 15. Eye Pattern of 100BASE-T Versus 1000BASE-T Signaling </td></tr></tbody></table></center>
<p><font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> 但
是，由于采用卷积编码，可以补偿一些损失的抗噪声冗余。1000BASE-T中采用的卷积编码(称作Trellis编码)使得接收器可以进行错误检测和纠
正(通过Viterbi译码)。这是一种已经完全成熟，而且经过实际检验的技术，早在10年之前，已经在调制解调器上所采用。与之不同的
是，100BASE-TX采用分组码(4B5B，每五个符号代表四个比特)。分组码是一种简单的编码方式，它不支持错误检测和纠正。 </font></p>
<p><font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> 实
际上，由于采用了Trellis编码和Viterbi译码，1000BASE-T对外部噪声的抗干扰能力甚至超过了100BASE-T，这是因为
1000BASE-T在所传送的信号流中传输的是不相关的信号，在任何一对双绞线的两个传送方向上传送的信号都不具有相关性，而且各对双绞线信号之间也没
有相关性。而从外部引入的噪声一般在各对双绞上是有相关性的。因此可以采用统计的方法消除外部噪声，从而实现100BASE-T所不具备的抗噪声能力。 </font></p>
<p><font class=\"v9\" color=\"#3309dd\">总结 </font></p>
<p><font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> 1000BASE-T需要运行快速以太网的同一类五类双绞上实现数据的可靠传送，因此它需要功能强大的数字信号处理和编码/解码方式，以保证在五类双绞线信号传输的可靠性。图16所示为一个1000BASE-T收发器的结构，各个部分的技术细节都在前面进行了介绍。 </font></p>
<p> </p>
<center><table border=\"0\"><tbody><tr><td valign=\"top\"><img style=\"cursor: pointer;\" title=\"点击图片可在新窗口打开\" src=\"http://www.3com.com.cn/solutions/whitepapers/2000/images/14.gif\"/> </td></tr></tbody></table></center>
<table border=\"0\" width=\"580\">
<tbody><tr><td width=\"500\"><hr/></td><td align=\"right\" width=\"80\"><font class=\"v9\"><a href=\"http://www.3com.com.cn/solutions/whitepapers/2000/20000726.asp#top\"><font color=\"#800080\">返回TOP</font></a> </font></td></tr></tbody>
</table>
<a name=\"10\"></a>
<h3>附录D <br/>五类线现场修正步骤 </h3>
<font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> ANSI/TIA/EIA-TSB-95(1998)定义了可以用以改进回程损耗和ELFEXT性能的修正措施。这些修正措施可以用于 ANSI/TIA/EIA-568-A(图17)中定义的不同部分。 </font>
<p><font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> 交
叉连接设备是一种可以利用接插线或跳线将水平电缆与设备电缆连接在一起的设备(通常是一种接线板)。交叉连接设备通常不用于高速数据通信的电缆解决方案
中。1000BASE-T提供了一种互连线缆的解决方案，如图18所示。这种互连设备(接线板)可以将水平电缆与设备电缆直接连接起来。 </font></p>
<p><font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> 下面五个步骤可以将最大配置降低为最小配置。它们对应于图17和18中的各个部分。 </font></p>
<ol class=\"v9\"><li>用5e类线接线板中的插接线代替现有的插接线，这种插接线的设计可以满足回程损耗和ELFEXT参数的要求。  </li><li>将交叉连接设备重新配置为一个互连设备。  </li><li>利用现有的转换接头或加固接头用5e类线的转换接头和加固接头代替。  </li><li>用5e类线的工作区域引出线接头代替现有的工作区域引出线接头。  </li><li>利用5e类线的互连设备代替现有的互连设备。  </li></ol>
<font class=\"v9\"><font color=\"#ffffff\">----</font> 在完成每项操作之后，建议重新对兼容性进行测试。在实际情况下，可以灵活地选择是采用哪种可能的操作。例如，因为测试设备还接入在线缆中，首先替换插接线可能是最方便的。 </font>

		自动登录	找回密码
密码			立即注册

1000BASE-T技术原理

浏览过的版块