3.万兆以太网规范

5.5.1万兆以太网规范从前面的介绍可以得出，就目前来说，万兆以太网标准和规范都比较繁多，在标准方面，有2002年的IEEE802.3ae，2004年的IEEE802.3ak，2006年的IEEE802.3an、IEEE802.3aq和2007年的IEEE802.3ap；在规范方面，总共有10多个（是一比较庞大的家族，比千兆以太网的9个又多了许多）。在这10多个规范中，可以分为三类：一是基于光纤的局域网万兆以太网规范，二是基于双绞线（或铜线）的局域网万兆以太网规范，三是基于光纤的广域网万兆以太网规范。下面分别予以介绍。1．基于光纤的局域网万兆以太网规范就目前来说，用于局域网的基于光纤的万兆以太网规范有：10GBase-SR、10GBase-LR、10GBase-LRM、10GBase-ER、10GBase-ZR和10GBase-LX4这六个规范。10GBase-SR10GBase-SR中的SR代表短距离（shortrange）的意思，该规范支持编码方式为64B/66B的短波（波长为850nm）多模光纤（MMF），有效传输距离为2～300m，要支持300m传输需要采用经过优化的50μm线径OM3（OptimizedMultimode3，优化的多模3）光纤（没有优化的线径50μm光纤称为OM2光纤，而线径为62.5μm的光纤称为OM1光纤）。10GBase-SR具有最低成本、最低电源消耗和最小的光纤模块等优势。10GBase-LR10GBase-LR中的LR代表长距离（LongRange）的意思，该规范支持编码方式为64B/66B的长波（1310nm）单模光纤（SMF），有效传输距离为2m到10km，事实上最高可达到25km。10GBase-LR的光纤模块比下面将要介绍的10GBase-LX4光纤模块更便宜。10GBase-LRM10GBase-LRM中的LRM代表长度延伸多点模式（LongReachMultimode），对应的标准为2006年发布的IEEE802.3aq。在1990年以前安装的FDDI62.5?m多模光纤的FDDI网络和100Base-FX网络中的有效传输距离为220m，而在OM3光纤中可达260m，在连接长度方面，不如以前的10GBase-LX4规范，但是它的光纤模块比10GBase-LX4规范光纤模块具有更低的成本和更低的电源消耗。10GBase-ER10GBase-ER中的ER代表超长距离（ExtendedRange）的意思，该规范支持超长波（1550nm）单模光纤（SMF），有效传输距离为2m到40km。10GBase-ZR几个厂商提出了传输距离可达到80km超长距离的模块接口，这就是10GBase-ZR规范。它使用的也是超长波（1550nm）单模光纤（SMF）。但80km的物理层不在EEE802.3ae标准之内，是厂商自己在OC-192/STM-64SDH/SONET规范中的描述，也不会被IEEE802.3工作组接受。10GBase-LX410GBase-LX4采用波分复用技术，通过使用4路波长统一为1300nm，工作在3.125Gb/s的分离光源来实现10Gb/s传输。该规范在多模光纤中的有效传输距离为2～300m，在单模光纤下的有效传输距离最高可达10km。它主要适用于需要在一个光纤模块中同时支持多模和单模光纤的环境。因为10GBase-LX4规范采用了4路激光光源，所以在成本、光纤线径和电源成本方面较前面介绍的10GBase-LRM规范有不足之处。2．基于双绞线（或铜线）的局域网万兆以太网规范在2002年发布的几个万兆以太网规范中并没有支持铜线这种廉价传输介质的，但事实上，像双绞线这类铜线在局域网中的应用是最普遍的，不仅成本低，而且容易维护，所以在近几年就相继推出了多个基于双绞线（6类以上）的万兆以太网规范包括10GBase-CX4、10GBase-KX4、10GBase-KR、10GBase-T。下面分别予以简单介绍。10GBase-CX410GBase-CX4对应的就是2004年发布的IEEE802.3ak万兆以太网标准。10GBase-CX4使用802.3ae中定义的XAUI（万兆附加单元接口）和用于InfiniBand中的4X连接器，传输介质称之为CX4铜缆（其实就是一种屏蔽双绞线）。它的有效传输距离仅15m。10GBase-CX4规范不是利用单个铜线链路传送万兆数据，而是使用4台发送器和4台接收器来传送万兆数据，并以差分方式运行在同轴电缆上，每台设备利用8B/10B编码，以每信道3.125GHz的波特率传送2.5Gb/s的数据。这需要在每条电缆组的总共8条双同轴信道的每个方向上有4组差分线缆对。另外，与可在现场端接的5类、超5类双绞线不同，CX4线缆需要在工厂端接，因此客户必须指定线缆长度。线缆越长一般直径就越大。10GBase-CX4的主要优势就是低电源消耗、低成本、低响应延时，但是接口模块比SPF+的大。10GBase-KX4和10GBase-KR10GBase-KX4和10GBase-KR所对应的是2007年发布的IEEE802.3ap标准。它们主要用于背板应用，如刀片服务器、路由器和交换机的集群线路卡，所以又称之为背板以太网。万兆背板目前已经存在并行和串行两种版本。并行版（10GBase-KX4规范）是背板的通用设计，它将万兆信号拆分为4条通道（类似XAUI），每条通道的带宽都是3.125Gb/s。而在串行版（10GBase-KR规范）中只定义了一条通道，采用64/66B编码方式实现10Gb/s高速传输。在10GBase-KR规范中，为了防止信号在较高的频率水平下发生衰减，背板本身的性能需要更高，而且可以在更大的频率范围内保持信号的质量。IEEE802.3ap标准采用的是并行设计，包括两个连接器的1m长铜布线印刷电路板。10GBase-KX4使用与10GBase-CX4规范一样的物理层编码，10GBase-KR使用与10GBase-LR/ER/SR三个规范一样的物理层编码。目前，对于具有总体带宽需求或需要解决走线密集过高问题的背板，有许多家供应商提供的SerDes芯片均采用10GBase-KR解决方案。10GBase-T10GBase-T对应的是2006年发布的IEEE802.3an标准，可工作在屏蔽或非屏蔽双绞线上，最长传输距离为100m。这可以算是万兆以太网一项革命性的进步，因为在此之前，一直认为在双绞线上不可能实现这么高的传输速率，原因就是运行在这么高工作频率（至少为500MHz）基础上的损耗太大。但标准制定者依靠4项技术构件使10GBase-T变为现实：损耗消除、模拟到数字转换、线缆增强和编码改进。10GBase-T的电缆结构也可用于1000Base-T规范，以便使用自动协商协议顺利从1000Base-T升级到10GBase-T网络。10GBase-T相比其他10G规范而言，具有更高的响应延时和消耗。在2008年，有多个厂商推出一种硅元素可以实现低于6W的电源消耗，响应延时小于百万分之一秒（也就是1μs）。在编码方面，不是采用原来1000Base-T的PAM-5，而是采用了PAM-8编码方式，支持833Mb/s和400MHz带宽，对布线系统的带宽要求也相应地修改为500MHz，如果仍采用PAM-5的10GBase-T对布线带宽的需求是625MHz。在连接器方面，10GBase-T使用已广泛应用于以太网的650MHz版本RJ-45连接器。在6类线上最长有效传输距离为55m，而在6a类类双线上可以达到100m。3．基于光纤的广域网万兆以太网规范前面提到的10GBase-SW、10GBase-LW、10GBase-EW和10GBase-ZW规范都是应用于广域网的物理层规范，专为工作在OC-192/STM-64SDH/SONET环境而设置，使用轻量的SDH（SynchronousDigitalHierarchy，同步数字体系）/SONET（SynchronousOpticalNetworking，同步光纤网络）帧，运行速率为9.953Gb/s。它们所使用的光纤类型和有效传输距离分别对应于前面介绍的10GBase-SR、10GBase-LR、10GBase-ER和10GBase-ZR规范。在10GBase-LX4和10GBase-CX4规范中没有广域网物理层，因为以前的SONET/SDH标准都是工作在串行传输方式的，而10GBase-LX4和10GBase-CX4规范采用的是并行传输方式。以上各种规范的综合比较如表5-7所示。表5-7万兆以太网规范比较万兆以太网规范使用的传输介质有效距离应用领域10GBase-SR850nm多模光纤，50μm的OM3光纤300m局域网10GBase-LR1310nm单模光纤10km10GBase-LRM62.5μm多模光纤，OM3光纤260m10GBase-ER1550nm单模光纤40km10GBase-ZR1550nm单模光纤80km10GBase-LX41300nm单模或者多模光纤300m（多模时），10km（单模时）10GBase-CX4屏蔽双绞线15米10GBase-T6类、6a类双绞线55m（6类线时），100m（6a类线时）10GBase-KX4铜线（并行接口）1m背板以太网10GBase-KR铜线（串行接口）1m10GBase-SW850nm多模光纤，50μm的OM3光纤300mSDH/SONET广域网10GBase-LW1310nm单模光纤10km10GBase-EW1550nm单模光纤40km10GBase-ZW1550nm单模光纤80km