Internet应用基础知识:千兆以太网

 千兆以太网

　　随着多媒体技术、网络分布计算、桌面视频会议等应用的不断发展，用户对局域网的带宽提出了更高的要求;同时，100M快速以太网也要求主干网、服务器一级有更高的带宽。另外，由于以太网的简单、实用、廉价及应用的广泛性，人们又迫切要求高速网技术与现有的以太网保持最大的兼容性。千兆以太网技术就是在这种需求背景下开始酝酿的。1996年3月成立的IEEE1302.3Z工作组，专门负责千兆以太网的研究，并制定相应标准。

　　千兆以太网使用原有以太网的帧结构、帧长及CSMA/CD协议，只是在低层将数据速率提高到了1Gbps.因此，它与标准以太网(1OMbps)及快速以太网(100Mbps)兼容。用户能在保留原有操作系统、协议结构、应用程序及网络管理平台与工具的同时，通过简单的修改，使现有的网络工作站廉价地升级到千兆位速率。

　　1.千兆以太网的物理层协议

　　千兆以太网的物理层协议包括1000BASE-SX、1000BASE-LX、1000BASE-CX和1000BASE-T等标准。

　　(1)1000BASE-SX.使用芯径为50及62.51im、工作波长为850m1的多模光纤，采用8BAOB编码方式，传输距离分别为260m和525m，适用于建筑物中同一层的短距离主干网。

　　(2)1000BASE-LX.使用芯径为50及62.51im的多模、单模光纤，工作波长为1300m1，采用8B/10B编码方式，传输距离分别为525m、550m和3000m，主要用于校园主干网。

　　(3)1000BASE-CX.使用1500平衡屏蔽双绞线(STP)，采用8BAOB编码方式，传输速率为1.25Gbps，传输距离为25m，主要用于集群设备的连接，如一个交换机房内的设备互连。

　　(4)1000BASE-To使用4对5类非平衡屏蔽双绞线(UTP)，传输距离为100m，主要用于结构化布线中同一层建筑的通信，从而可以利用以太网或快速以太网已铺设的UTP电缆。

　　2.干兆以太网的MAC子层

　　MAC子层的主要功能包括数据帧的封装/卸装、帧的寻址与识别、帧的接收与发送、链路的管理、帧的差错控制及MAC协议的维护。

　　千兆以太网的帧结构与标准以太网的帧结构相同，其最大帧长为1518字节，最小帧长为46字节。

　　千兆以太网对媒体的访问采用全双工和半双工两种方式。全双工方式适用于交换机到交换机或交换机到站点之间的点一点连接，两点间可同时进行发送与接收，不存在共享信道的争用问题，所以不需采用CSMA/CD协议。半双工方式则适用于共享媒体的连接方式，仍采用CSMA/CD协议解决信道的争用问题。

　　千兆以太网的数据速率为快速以太网的10倍，若要保持两者最小帧长的一致性，势必大大缩小千兆以太网的网络直径;若要维持网络直径为200m，则最小帧长要512字节。为了确保最小帧长为64字节，同时维持网络直径为200m，千兆以太网采用了载波扩展和数据包分组两种技术。

　　载波扩展技术用于半双工的CSMA/CD方式，实现方法是对小于512字节的帧进行载波扩展，使这种帧所占用的时间等同于长度为512字节的帧所占用的时间。虽然载波扩展信号不携带数据，但由于它的存在保证了200m的网络直径。对于》512字节的帧，不必添加载波扩展信号。若大多数帧短于512字节，则载波扩展技术会使带宽利用率下降。

　　数据包分组技术允许站点每次发送多帧，而不是→次发送一帧。若多个连续的数据帧短于512字节，仅其中的第一帧需要添加载波扩展信号。一旦第一帧发送成功，则说明发送信道已打通，其后续帧就可不加载波扩展连续发送，只需帧间保持12字节的间隙即可。

　　由于全双工方式不存在冲突问题，所以不需任何处理即可传输64字节的最小数据帧。

　　3.千兆以太网的特点

　　一方面为了保持从标准以太网、快速以太网到千兆以太网的平滑过渡，另一方面又要兼顾新的应用和新的数据类型，在千兆以太网的研究过程中应注意以下特点

　　(1)简易性：千兆以太网应保持经典以太网的技术原理、安装实施和管理维护的简易l性，这是千兆以太网成功的基础之一。

　　(2)技术过渡的平滑性：千兆以太网保持了经典以太网的主要技术特征，采用CSMA/CD媒体管理协议，采用相同的帧格式及帧的大小，支持全双工、半双工工作方式，以确保;平滑过渡。

　　(3)网络可靠性：保持经典以太网的安装、维护方法，采用中央集线器和交换机的星形结构和结构化布线方法，以确保千兆以太网的可靠性。

　　(4)可管理性与可维护性：采用简易网络管理协议(SNMP)及经典以太网的故障查找与排除工具，以确保千兆以太网的可管理性与可维护性。i

　　(5)经济性：网络成本包括设备成本、通信成本、管理成本、维护成本及故障排除成本。由于继承了经典以太网的技术，使千兆以太网的整体成本下降。

　　(6)支持新应用与新数据类型：计算机技术和应用的发展，出现了许多新的应用模式，对网络提出了更高的要求。为此，千兆以太网必须具有支持新应用与新数据类型的能力。