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千兆以太网与六类布线

发布日期:2014-07-25

1997年9月, ISO/IEC JTC1 SC25 WG3 标准委员会决定为ISO 11801的下一版本开发两种新型电缆,这两种新型电缆按性能分为六类/E级和七类/F级。该决定引起了布线工业及一些标准委员会 (特别是美国TIA/EIA组织及欧洲CENELEC)的极大兴趣。

除了布线标准委员会开展的这些工作之外,局域网标准委员会也在开发在现有结构化电缆系统上实现千兆位传输的技术。1996年开始研究的IEEE802.3千兆位以太网作为一种特殊的局域网技术引起了网络工业界的广泛关注。IEEE802.3委员会所面对的**挑战性的工作是开发出一种能够在现有五类/D级系统上运行的可靠而且鲁棒的千兆位以太网技术。

众所周知,以太网技术与布线技术紧密相联系,那么千兆位以太网技术是如何发展以支持新一代电缆,特别是建议中的六类线/E类电缆的呢?

IEEE 802.3 千兆以太网

千兆以太网项目开始于1996年,目前已完成了大量工 作。千兆位以太网项目的主要目的是为骨干网络 提供1Gbps的带宽,并为现有快速以太网提供自然升级 的办法,同时要尽可能地利用现有的网络管理工 具和相应的培训。

在局域网中为了维持直径为200米的**碰撞区域,*小CSMA/CD载波时间,以太网时间片已从目前的512比特扩展到512字节(4096比特),*小信息包大小仍为64字节。载波扩展特性在不修改*小包尺寸的条件下解决了CSMA/CD固有的时序问题。虽然这些改变可能会影响到小信息包的性能,然而这种影响已经被CSM/CD算法中称作信息包突发传送的特性所抵消。

为了缩小千兆以太网产品进入市场的时间,标准中1000BASE-SX, -LX 和 -CX版本都能适应目前经过时间考验的 Fiber Channel技术。即采用8B10 NRZ (不归零制) 编码方式 ,提供1.25Gbaud的有效波特率, 因此能提供全速1Gbps的数据速率。

1000BASE-SX 系列采用低成本短波的CD(compact disc,光盘激光器) 或者VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,垂直腔体表面发光激光器)发送器,而1000BASE-LX系列则使用相对昂贵的长波激光器。1000BASE-CX系列则打算在配线间使用短跳线电缆把高性能服务器和高速外围设备连接起来。

1000BASE-T系列是支持大量已安装的五类布线系统的新设计。为了克服5类线的缺陷而运用了复杂的数字信号处理 (DSP) 技术。 1000BASE-T在传输中使用了全部4对双绞线并工作在全双工模式下,因此新增加的参数例如回波损耗以及远端串扰功率和(FEXT)等就显得重要起来。这种设计采用 PAM-5 (5级脉冲放大调制) 编码在每个线对上传输 250 Mbps。 双向传输要求所有的四个线对收发器端口必须使用混合磁场线路,因为无法提供**的混合磁场线路,所以无法完全隔离发送和接收电路。任何发送与接受线路都会对设备发生回波。因此,要达到要求的10-10的错误率(BER)就必须抵消回波。1000BASE-T无法对频率集中在125MHz之上的频段进行过滤,但是使用扰频技术和网格编码能对80MHz之后的频段进行过滤。为了解决五类线在如此之高的频率范围内因近端串扰 (在PSNEXT的情况下)而受到的限制,应该采用合适的方案来抵消串扰。使用网格编码可以增强抗干扰能力,这一结论对上面的所有情况都适用。

*终用户可能会为使用什么样的电缆来支持1000BASE-T而感到困惑。尽管这种技术支持已安装5类线系统,需要特别指出的是新增加的布线传输参数也必须要令人满意。这些参数包括回波损耗,等级远端串扰(ELFEXT),传播延迟和延时畸变。因此,如果电缆满足5类线(1998)或者超5类线的要求,那么它将支持1000BASE-T。如果已安装的电缆仅满足5类线标准(1995), 那么,在连接1000BASE-T设备之前,应对布线系统按照新增加的布线参数进行测量和认证 。

需要6类布线吗 ?

目前布线行业中对是否需要六类布线的争论很多 (即使在当前的草案阶段)为了正确分析,让我们回头看看1992年3类布线盛行、而5类布线仅刚提出时的情形。廉价的10Mbps是为运行以太网(10 BASE-T) 和25 Mbps ATM 局域网而在三类布线的基础之上研制的。当以太网的比特率增加到100 Mbps , ATM 局域网增长为155.5 Mbps时, 为了在三类布线的基础上支持这些局域网技术,电子设备不得不提高其复杂性与成本。 100BASE-T4, 100BASE-T2和 155.5 Mbps CAP64 ATM 局域网要求使用复杂的DSP技术以克服三类布线的局限性。随着5类布线被众多*终用户采用,廉价的100Mbps(100BASE-TX)以太网和155.5Mbps NRZ ATM局域网也得以发展并在五类布线的基础上得到了更好的性能。

实际情况表明: 使用三类布线运行100BASE-T4时每个用户连接的全部费用(例如从路由器到网卡,包括电缆在内)为164英镑,而在五类布线的基础上实现100BASE-TX仅需费用132英镑,相比之下,平均每个用户连接费用节省24%。

毫无疑问,同样的发展将再次发生在1000BASE-T局域网技术上,由于1000BASE-TX设计采用两对线对发送、两对接收的工作方式,因此不需要全双工模式下的回波抵消。为了缩短进入市场的时间,将选择100BASE-TX使用的MLT- 3编码方式, MLT-3的带宽效率为每 赫兹4 比特,因此频宽为125MHz。这很好地限制在六类布线的NEXT和PSNEXT范围内,因此串扰抵消就是不必要的。就目前的半导体技术水平来看,不使用回波及串扰抵消器件将至少减少1000BASE-TX 设计的50%的整体复杂性 (与目前的1000BASE-T设计相比 )。网格编码技术可能还需改进以确保符合电磁兼容性(EMC)要求。

引申开来,如果数据比率从每对500 Mbps提高到600 Mbps, 那么这种设计就可以用于1.2 Gbps系统 。因此,六类布线不仅可以降低支持千兆以太网的电子设备的费用,同时也为今后可能超过1Gbps 的局域网技术提供了基本设施保障。

布线基础设施的投资将被认为是一种长期投资,布线设施本身也应作为一种资产。根据国际布线标准ISO 11801, 一个布线系统的期望寿命至少为10年。在这段时间内,PC技术将取得巨大的发展。就目前而言,桌面系统虽然还没有用到1Gbps的需求,但是这主要是由于当前PC内部总线结构限制造成的,因为总线决定处理器和内存以及其他外围设备(例如网卡)之间的的数据交换速率。**的摩尔定律预言芯片上的晶体管数目每过18个月就增加一倍。这一经常被用来描述PC处理器性能的增长速度,也就是说,每过18个月PC的性能就要提高一倍。基于这些事实,也许三年内台式PC中就会出现PCI 2总线。以此类推,在布线系统的生命周期内,1000BASE-TX技术应用到桌面系统是非常可能的。

可能的应用

让我们想一下那些应用会需要如此巨大的吞吐量 吧。多媒体应用正在成为台式PC的基本要求。Intel 推出 了MMX (MultiMedia Exchange,多媒体交换)技术,该技术将极大推动多媒体应 用。多媒体商务和多媒体信息传递的出现戏剧性 地影响了局域网的设计。将来多媒体商务应用将 必然要求更高带宽和更低的响应时间以达到令人 满意的性能。按Intel的说法,未来的计算机商务将是 屏幕之间的交流,商业建立在采用Intel结构的可视连 接PC(Visual Connected PC,VCPC)之间。1997年推出的AGP(加速图形接口)接口支持 MMX技术,用于低成本、高性能的3D图形应用。随着低 成本的DVD(Digital Versatile Disk,数字式通用磁盘)的出现,扫描仪和 数字照相机将为用户带来一种全新的互动式的, 直觉和生活化的计算机体验,用户可以把自己独 特的的可视数据输入软件中去。文件尺寸将急剧 增大,出现大量位图图形以及图片用来引导操作 ,使得文件、文档更为有趣并更加用友好。可视 计算将要求提供比目前局域网更高带宽。

结 论

过去五年中IT(信息技术)工业在网络技术方面取得了 巨大发展和长足进步。越来越多的*终用户进入 网络,这促进了复杂和基于事务的应用软件的发 展。PC机性能的增强与数字信号处理能力的成倍增 加,以及硅片的储存能力的加大为软件开发商开 发要求大量带宽的应用软件创造了新的商机。结 果必然导致文件尺寸迅速增加。所有这些趋势都 对网络提出了更高的要求。布线基础设施是其中 枢神经系统,必须保证其**运行并且要避免网 络瘫痪。这样,*终用户至少要选择超5类线以保 证网络的正常工作,对于新安装的系统推荐使用 6类线,这将保证千兆位以太网技术可以经济地满 足目前和将来的需要。

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