以太網(wǎng)介質(zhì)技術(shù)發(fā)展史詳解

1、 以太網(wǎng)介質(zhì)技術(shù)發(fā)展史詳解 前面陸續(xù)已經(jīng)分享很多網(wǎng)絡(luò)和交換機的知識，隨著云計算、軟件定義網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)潮流趨勢，以太網(wǎng)在可靠性和速率上發(fā)生了巨大的技術(shù)變革，今天我們從以太網(wǎng)介質(zhì)入手，談?wù)勔蕴W(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。言歸正傳，下面從以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，介質(zhì)發(fā)展等方面聊聊以太網(wǎng)發(fā)展簡史。1973年，Xerox公司提出以太網(wǎng)技術(shù)并實現(xiàn)之，最初以太網(wǎng)數(shù)率只有2.94Mbps1980年，Digital Equipment Corporation，Intel，Xerox，三家聯(lián)合推出10Mbps DIX以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)1995年，IEEE正式通過了802.3u快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)1998年，IEEE802.3z千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布199

2、9年，發(fā)布IEEE802.3ab標(biāo)準(zhǔn)，即1000BASE-T標(biāo)準(zhǔn)2002年7月18日，IEEE通過了802.3ae，即10Gbit/s以太網(wǎng)，又稱為萬兆以太網(wǎng)，它包括了10GBASE-R,10GBASE-W,10GBASE-LX4三種物理接口標(biāo)準(zhǔn)。2004年3月，IEEE批準(zhǔn)銅纜10G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.3ak，新標(biāo)準(zhǔn)將作為10GBASE-CX4實施，提供雙軸電纜上的10Gbps的速率 在剛萌芽時期的以太網(wǎng)是共享式以太網(wǎng)，共享式以太網(wǎng)當(dāng)時存在常見幾種傳輸介質(zhì)。10Base5：粗同軸電纜(5代表電纜的字段長度是500米)10Base2：細(xì)同軸電纜(2代表電纜的字段長度是200米) 但是在共享式以太

3、網(wǎng)之時，使用一種稱為抽頭的設(shè)備建立與同軸電纜的連接。須用特殊的工具在同軸電纜里挖一個小洞，然后將抽頭接入。此項工作存在一定的風(fēng)險：因為任何疏忽，都有可能使電纜的中心導(dǎo)體與屏蔽層短接，導(dǎo)致這個網(wǎng)絡(luò)段的崩潰。同軸電纜的致命缺陷是：電纜上的設(shè)備是串連的，單點的故障可以導(dǎo)致這個網(wǎng)絡(luò)的崩潰。 雙絞線分為屏蔽雙絞線與非屏蔽雙絞線兩大類，為了提高雙絞線的抗電磁干擾的能力在雙絞線的外面加上了用金屬絲編織成的屏蔽層，構(gòu)成了屏蔽雙絞線STP(Shielded Twisted Pair)。對應(yīng)的沒有加金屬屏蔽層的則是無屏蔽雙絞線UTP(Unshielded Twisted Pair)。 根據(jù)屏蔽方式的不同，屏蔽雙絞

4、線又分為三類，即STP(Shielded Twicted-Pair)、FTP(Foil Twisted-Pair)和SFTP(Shielded Foil Twicted-Pair)。非屏蔽雙絞線目前總共有7類(EIA/TIA 568-A標(biāo)準(zhǔn)將非屏蔽雙絞線分為7個種類)，網(wǎng)絡(luò)傳輸使用的就是3、4、5類，我們一般在數(shù)據(jù)傳輸過程中主要用的就是5類型(Category 5或CAT5)。 EIA/TIA對5類雙絞線的線序有兩種規(guī)定，根據(jù)網(wǎng)線兩端線序的不同，就有了直連線和交叉線的區(qū)別。568A：綠白、綠、橙白、藍(lán)、藍(lán)白、橙、棕白、棕568B：橙白、橙、綠白、藍(lán)、藍(lán)白、綠、棕白、棕交叉線：一端是568A標(biāo)準(zhǔn)

5、，另一端是568B標(biāo)準(zhǔn)的雙絞線。直連線：兩端都是568A或都是568B標(biāo)準(zhǔn)的雙絞線。 由雙絞線制成的以太網(wǎng)線纜從RJ45接頭中引出8芯細(xì)線。細(xì)線外絕緣層上的顏色進行分組標(biāo)識，通常利用單色和單色加上白色作為成對標(biāo)識。區(qū)分直連標(biāo)準(zhǔn)還是交叉網(wǎng)線的實際操作方法就是把網(wǎng)線兩端的RJ45口同一面對齊，水晶頭中的細(xì)線顏色一致的即是標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線，反之就是交叉網(wǎng)線。標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)(10Mbit/s)的網(wǎng)絡(luò)定位 10Mbit/s的以太網(wǎng)通常只定位在網(wǎng)絡(luò)的接入層，新一代多媒體、影像和數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品很容易將10Mbit/s運行的以太網(wǎng)的帶寬吞沒。10Mbit/s的以太網(wǎng)可以實現(xiàn)100m距離的連接。 非屏蔽雙絞線(UTP)出現(xiàn)，并

6、迅速得到廣泛的應(yīng)用。UTP的巨大優(yōu)勢在于.價格低廉，收發(fā)使用不同的線纜，邏輯拓?fù)湟琅f是總線的，但物理拓?fù)渥優(yōu)樾切巍？焖僖蕴W(wǎng)(100Mbit/s)的網(wǎng)絡(luò)定位 數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mbps的快速以太網(wǎng)是一種高速局域網(wǎng)技術(shù)，能夠為桌面用戶以及服務(wù)器或者服務(wù)器集群等提供更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬。IEEE為快速以太網(wǎng)制訂的標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3u。 工作在全雙工模式下的快速以太網(wǎng)可以同時以100Mbit/s的速率進行收發(fā)操作，數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的傳輸通路是彼此獨立的，這樣就不再有沖突和沖突的情況發(fā)生，提高了網(wǎng)絡(luò)的通信效率。千兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng)是對IEEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的擴展，在基于以太網(wǎng)協(xié)議的基礎(chǔ)之上，將快

7、速以太網(wǎng)的傳輸速率100Mbps提高了10倍，達到了1 Gbps。標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3z (光纖與銅纜)和IEEE802.3ab(雙絞線)。 許多匯聚層的以太網(wǎng)交換機均提供千兆接口，用于連接其他的交換機，組成更大的網(wǎng)絡(luò)，許多支持堆疊功能的以太網(wǎng)交換機也是采用千兆接口實現(xiàn)堆疊功能的。所謂堆疊，是指通過軟硬件的支持，將一組交換機連接起來作為一個對象加以控制的方式，通常有菊花鏈模式和星型模式。其最大優(yōu)點在于可實現(xiàn)簡單的本地管理，但由于是一種非標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，通常不支持各個廠家交換機的混合堆疊。IEEE802.3z的線纜標(biāo)準(zhǔn) 1000BaseLX是一種使用長波激光作信號源的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)技術(shù)，在收發(fā)器上配置波

8、長為1270-1355nm(一般為1300nm)的激光，既可以驅(qū)動多模光纖，也可以驅(qū)動單模光纖。 1000BaseSX是一種使用短波激光作為信號源的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)技術(shù)，收發(fā)器上所配置的波長為770-860nm(一般為800nm)的激光傳輸器不支持單模光纖，只能驅(qū)動多模光纖。 1000BaseCX使用的一種特殊規(guī)格的高質(zhì)量平衡雙絞線對的屏蔽銅纜，最長有效距離為25米，使用9芯D型連接器連接電纜。IEEE802.3ab的線纜標(biāo)準(zhǔn) 1000BaseT是一種使用5類UTP作為網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的千兆以太網(wǎng)技術(shù)，最長有效距離與100BASETX一樣可以達到100米。用戶可以采用這種技術(shù)在原有的快速以太網(wǎng)系統(tǒng)中實現(xiàn)從

9、100Mbps到1000Mbps的平滑升級。 千兆以太網(wǎng)使用1000BASE-X(8B/10B)編碼可支持三種介質(zhì): 光纖(單模和多模)；4對線的5類UTP(1000BASE-T)；特殊的兩對線STP電纜(也稱為短銅跳線Short Copper Jumper)。1000BASE-X是一種在802.3中定義的協(xié)議。 1000BASE-X支持三種光纖:50um多模光纖，62.5um多模光纖和9/10um單模光纖。 1000BASE-X支持兩種用于激光驅(qū)動器的光波長:短波(850nm，稱為1000BASE-SX)和長波(1300nm，稱為1000BASE-LX)，每個連接需要兩根光纖，分別用于接收和

10、發(fā)送。從協(xié)議上來說，1000BASE-X有SFP、GBIC等熱插拔的封裝，還有1x9等插針式封裝。從封裝上來說，SFP是設(shè)備的一種接口，如1000BASE-X、1000BASE-T、100BASE-X、OC3(STM-1)、OC12(STM-4)、OC48(STM-16)等多個協(xié)議的產(chǎn)品都可以做成SFP封裝。以太網(wǎng)自協(xié)商 以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展到100M速率以后，出現(xiàn)了一個如何與原10M以太網(wǎng)設(shè)備兼容的問題，自協(xié)商技術(shù)就是為了解決這個問題而制定的。 自協(xié)商功能允許一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將自己所支持的工作模式信息傳達給網(wǎng)絡(luò)上的對端，并接受對方可能傳遞過來的相應(yīng)信息。 為了保持與現(xiàn)有10BASE-T不具備自協(xié)商功能

11、的設(shè)備的兼容性，自協(xié)商協(xié)議還具有接受與10BASE-T兼容的連接整合性測試脈沖(Normal Link Pulse普通連接脈沖NLP)的功能，當(dāng)一個設(shè)備不能對快速連接脈沖做出有效的反應(yīng)，而僅返回了一個普通連接脈沖時，它將被作為一個10BASE-T兼容設(shè)備對待。 在鏈路初始化時，自協(xié)商協(xié)議向?qū)Χ嗽O(shè)備發(fā)送16bit的報文并從對端設(shè)備接收類似的報文。根據(jù)需要，一個報文可以使用多個16bit的“頁”，但最常見的協(xié)商只需要基本頁的操作。 自協(xié)商的內(nèi)容主要包括速度、全雙工、流控等等，一方面通知對端設(shè)備自身可工作的方式，另一方面，從對端發(fā)來的報文中獲得對端設(shè)備可以工作的方式。 當(dāng)協(xié)商雙方都支持一種以上的工作

12、方式時，需要有一個優(yōu)先級方案來確定一個最終工作方式。下圖按優(yōu)先級從高到底的順序列出了IEEE 802.3所支持的五種模式。 自協(xié)商功能除了可以發(fā)送基本頁信息來進行信息的交換，還可以通過發(fā)送下一頁信息的功能來進行額外的信息的交換。下一頁信息的編碼又分為兩種，一種是消息頁編碼，另外一種是非格式化頁編碼，消息頁是用來定義一套消息的，非格式化頁在某一消息頁后發(fā)送，用來表示這一消息的數(shù)據(jù)信息，一個消息頁后面可以跟隨不止一個非格式化頁。 光纖連接器是把兩個光纖端面結(jié)合到一起，以實現(xiàn)光纖與光纖之間可拆卸連接的器件。 光纖連接器由光纖和光纖兩端的插頭組成，插頭由插針和外圍的鎖緊結(jié)構(gòu)組成。根據(jù)不同的鎖緊機制，光

13、纖連接器可以分為FC型、SC型、LC型、ST型和MTRJ型。 光纖連接器按端面研磨方式，分為平面(FC，F(xiàn)lat Contact)、球面(PC，Physical Contact)和斜球面(APC，Angled Physical Contact)。 光模塊按封裝類型，分為SFP/ESFP、SFF、GPIB、1x9 SC型。SFP (Small Form factor Pluggable)光模塊，其收發(fā)分開，采用LC光纖，支持熱插拔。ESFP (Enhanced Small Form factor Pluggable)相比SFP增加了對光模塊溫度、偏置電流、電壓等監(jiān)測功能。 SFF與SFP基本一樣

14、，唯一區(qū)別只是SFF為管腳固定式，不可熱插拔。GBIC (Gigabit Interface Converter)以太網(wǎng)封裝的光模塊，其收發(fā)分開，采用SC光纖接頭，多模的波長為850nm，單模有1310nm和1550nm，支持熱插拔。 1x9 SC型采用固定式，使用SC接頭。 光模塊按照光傳輸模式，分為單模與多模。通常在光模塊的標(biāo)簽可以獲取到相應(yīng)信息：SM表示單模，MM表示多模。 光模塊按激光器的類型，可分為發(fā)光管LED、FP激光器、DFB激光器、VCSEL激光器。 光模塊按工作波長，分為850nm、1310nm、1550nm等。 光模塊按傳輸距離，分為2Km、10Km、15Km、40Km、80Km等 光纖的主要特性參數(shù)有色散、衰減、帶寬、截止波長、數(shù)值孔徑等。通常我們關(guān)注最多的是色散和衰減特性。這兩個特性與具體的應(yīng)用關(guān)系很大。色散過大會限制光傳輸