（电路与系统专业论文）千兆万兆以太网串并转换集成电路设计[电路与系统专业优秀论文].pdf

摘要 摘要 以太网经历了1 0 m b s 以太网、快速以太网、千兆以太网和万兆以太网的发展历程，从局域网 迈入了城域网和广域网，在未来的网络结构中将扮演日益重要的角色。 触发器是数字电路的重要单元模块，触发器从逻辑功能和锁存原理上有着不同的分类，在衡量 触发器的性能指标中，最大工作时钟频率、建立时间和保持时间、对时钟和数据信号斜率的敏感性、 功耗、面积等都是重要的参数。 本文研究了千兆以太网和万兆以太网p m a 层串并转换电路的实现方式。在此基础上设计了满 足i e e e 8 0 2 3 z 和i e e e 8 0 2 3 a e1 0 g b a s e r 规范的1 ：1 0 串并转换电路( 已流片验证) 和1 ：1 6 串并转换 电路( 高速端1 ：4 电路已流片验证) 。 1 ：】0 串并转换电路采用0 2 5 i t mc m o s 工艺制造，电路采用c m o s 全摆幅逻辑设计，实现了 1 2 5 g b s 数据的1 ：1 0 串并转换，输出1 2 5 m b s 数据峰峰值是8 2 8 m v ，抖动为1 0 p si n s ，眼图的 占空比为4 1 5 。电源为3 3 v 时，功耗仅为1 6 1 m w 。 l ：4 串并转换电路采用o 1 8 9 i n c m o s 工艺制造，电路采用p c m l 接口电平，核，心锁存器模块 采用源级耦合场效应管逻辑d 触发器设计，输出2 5 7 8 g b s 数据信号电压峰峰值是2 2 8 m v ，抖动为 4 p si n s ， 眼图的占空比为5 5 9 。电源为1 8 v 时，功耗为5 0 0 m w 。电路最高可实现1 3 5 g b s 的4 路分接。 本课题得到国家8 6 3 计划( 2 0 0 1 a a l 2 1 0 7 4 ) 资助，并成功通过8 6 3 专家组的验收。 【关键字】 千兆以太网，万兆以太网，触发器、串并转换电路，c m o s 深亚微米工艺 高速集成电路 查堕奎兰堡主兰篁堡塞 a b s t r a c t e t h e r n e th a se v o l v e ds i g n i f i c a n t l yf o r m1 0 m b se t h e m e t ，f a s te t h e r n e t ，g i g a b i te t h e m e tt o1 0 g i g a b i t e t h e r n e t e t h e m e t se x p a n s i o nf o ru s ei nm a nc a nn o wb ee x p a n d e dy e ta g a i no n t oa n dw a n i tw i l lp l a y a nm o r ei m p o r t a n tr o l ei nt h ef u t u r e sn e t w o r kc o n f i g u r a t i o n f l i p f l o pi sak e yc o m p o n e n ti nt h ed i g i t a li n t e g r a t e dc i r c u i t s d i f f e r e n tc o n c l u s i o nw i l lb ea r r i v e da t ， w h e nc l a s s i f y i n gf l i p f l o pb yl o g i c a lf u n c t i o na n dl a t c hp r i n c i p l e i nt h ep e r f o r m a n c ep a r a m e t e r st o e v a l u a t eaf l i p - f l o p m o c f 、s e t u pt i m e 、h o l dt i m e 、s e n s i t i v i t yt od a t as l o p ea n dc l o c ks l o p e 、p o w e r c o n s u m p t i o na n dd i ea r e aa r em o s ti m p o r t a n t t h i sp a p e rp r e s e n t st h er e a l i z a t i o no fc i r c u i t so fp m al a y e ri ng i g a b i te t h e r n e ta n d 1 0 g i g a b i t e t h e r n e t b a s e do nt h i sd i s c u s s i o n ，1 ：i o s l p oc h i p sa n d1 ：1 6 s l p oc h i p s ，w h i c hs a t i s f i e di e e es t a n d a r d 8 0 2 3 za n d8 0 2 3 s e1 0 g b a s e r ，h a v eb e e nd e s i g n e d t h e l ：1 0 s i p oc h i p sp r o d u c e db y0 2 5 9 m c m o sp r o c e s sh a v ea f u n c t i o no f l ：1 0d e m u l t i p l e x i n ga n d c a no p e r a t ea t l 2 5 g b s t h ep e a k t o p e a kv o l t a g eo f l 2 5 m b so u t p u ts i g n a l i s8 2 8 m v ，r m s j i t t e r i s l o p s p o w e rc o n s u m p t i o ni so n l y1 6 1 m ww i t h3 3 vs u p p l yv o l t a g e ，c m o sl o g i ci su s e d h i g h s p e e d - e n dd e m u x so fl ：1 6 s 1 p oc i r c u i t sh a v eb e e nv e r i f i c a t i o n t h e1 ：4 s 1 p oc h i p sp r o d u c e d i n0 18 9 mc m o sp r o c e s sh a v eaf u n c t i o no fl ：4 d e m u l t i p l e x i n ga n dc a no p e r a t ea t 10 31 2 5 g b s - - s a t i s f y i n g1 0 g b a s e r t h ed f f su s es o u r c ec o u p l e df e tl o g i c t h ep e a k - t o - p e a kv o l t a g eo f2 5 7 8 g b s o u t p u ts i g n a li s2 2 8 mv a n dt h er m sj i t t e ri s4 p s t h ep o w e rc o n s u m p t i o ni s5 0 0 m wu n d e r1 8 vs u p p l y v o l t a g e t h eh i g h e s to p e r a t i n gd a t ar a t et e s t e di s1 3 5 g b s t h i sp r o j e c ti s s u p p o r t e db yt h e n a t i o n a l h i g h - t e c h p r o g r a m ”( 2 0 0 1 a a l 2 1 0 7 4 ) ，i t sr e s u l t sh a v e b e e nc h e c k e da n da c c e p t e db yt h es p e c i a l i s t ss u c c e s s f u l l y k e yw o r d s g i g a b i te t h e r n e t ，1 0 g i g a b i te t h e r n e t ，f l i p f l o p ，s i p oc i r c u i t ，c m o s ， h i g hs p e e di n t e g r a t e dc i r c u i t 东南大学硕士学位论文 图表索弓 图1 1 光纤传输系统和以太网的发展一1 图1 2 本次论文设计流程3 图2 1 ( a ) 以太网混合帧格式( b ) 以太网帧同o c 1 9 2 c 帧格式之间的映射8 图2 2o s i 七层协议参考模型和千兆万兆以太网模型9 图2 3x g m i i 可扩展选项1 0 图2 4 万兆以太网的不同实现方式1l 图2 51 0 g b a s e x 的比特流程1 1 图2 61 0 g b a s e w 的比特流程1 3 图2 71 0 g b a s e 。r 的比特流程。1 3 图3 1n m o s 和p m o s 管的剖面结构图1 6 图3 2 串联寄生电阻模型1 6 图3 3m o s 管电容1 7 图3 4m o s 管电容物理结构17 图3 5 ( a ) 一般m o s 管结构( b ) 多指型m o s 管结构18 图3 6 闩锁效应1 8 图4 1 ( a ) 下降沿触发器使能脉冲生成电路( b ) 级联方式建立的下降沿触发器2 0 图4 2 同步r s 触发器及时序波形2 2 图4 3 单时钟静态d f f ( a ) 门级( b ) 晶体管级结构图2 2 图4 4 动态下降沿触发型触发器2 2 图4 5 半静态负边沿触发型触发器一2 3 图4 6 用c m o s 传输门重新设计的半静态负边沿触发型触发器2 3 图4 7 采用一个低增益反相器反馈的负边沿触发型触发器2 3 图4 8s c f l 结构d 锁存器2 4 图4 9 传播时延、上升时间和下降时间的定义2 5 图4 1 0 ( a ) 为m o c f 测试配置的触发器( t s m c 0 2 5 岬c m o s ，3 3 v ) 2 6 图4 1 0 ( b ) ( a ) 中触发器的工作波形，m o c f 系数为3 3 g h z 2 6 图4 1 1 建立时间、保持时间币i 触发器传输延迟的定义2 6 图4 1 2 使用边沿触发器状态机的最大速率2 7 图4 1 3 由两个半静态锁存器构成的d 触发器2 7 图4 1 4 建立时间的两种定义方式：2 7 图4 1 5 保持时间的定义一2 8 图4 1 6 反相器短路电流一2 8 图4 1 7 流水线数据通路的一部分2 9 图4 18c 2 m o s 主从触发器3 0 图4 1 9 时钟重叠期间c 2 m o s 主从触发器的工作情况3 0 图5 1 千兆网接收芯片原理图3 2 图5 2 串型s i p 0 1 ：5 电路3 3 图5 3 串型1 ：5s i p o 输出波形 1 2 5 m b s 3 3 图5 41 ：2 串并转换模块结构图，3 4 图5 5c m o s 逻辑半静态锁存器3 4 图5 7 输出时钟占空比为1 ：4 的分频电路3 5 图58 五分频电路状态图3 6 1 v 图表索引 图5 9 通过p u n 和p d n 实现的逻辑门电路3 7 图5 1 0c m o s 逻辑2 输入与门3 7 图5 1 1c m o s 逻辑2 输入或非门3 7 图5 1 2c m o s 逻辑2 输入异或门3 7 图5 1 3 半静态d 触发器3 7 图51 4 扇入系数和传输延迟的关系( 与非门) 3 8 图5 1 5 渐进式增大晶体管尺寸3 9 图5 1 6 调整晶体管顺序3 9 图5 1 7 优化逻辑设计4 0 图5 1 8 ( a ) ) ( b ) ( c ) 为与非门、或非门、异或门在1 2 5 g b s 仿真眼图4 0 图5 1 8 翻) 五分频电路在输入6 2 5 m h z 时钟的仿真波形4 0 图5 1 9 输入匹配电路4 1 图5 2 0 级联反相器组4 2 图5 2 1 单一反相器缓冲4 2 图52 2n 级输出缓冲4 3 图5 2 3 输出缓冲电路结构和s p i c e 仿真眼圈4 3 图5 2 4 应用于千兆以太网的1 ：10 串并转换电路照片一4 4 图5 2 5 芯片布局说明4 4 图6 1 万兆以太网1 ：1 6 串，并转换电路系统框图4 5 图6 2l v d s 输出结构4 6 图6 3p c m l 电平输入接口和输出接口4 7 图6 4 输入缓冲电路4 7 图6 5 输入电路i n p 的结构图。4 8 图6 6 限幅放大器l i m 电路图4 8 图671 ：2 串并转换模块电路闺4 8 图6 81 ：2 串并转换模块使用的两种锁存器4 9 图6 9s c f l 锁存器输出端等效r c 电路4 9 图6 1 0 双端转单端电路结构5 0 图6 11m i l l e r 运算放大器的小信号模型5 0 图6 1 2 二分频时钟电路5 0 图6 1 3 先期流片的4 路分接电路5 1 图6 1 42 5 7 8 g b s 输出分接眼n ( 5 0 f 2 ) 5 2 图6 1 5 四路2 5 7 8 g b s 分接数据波形5 3 图6 1 6f f 角条件下的输出数据眼图5 3 图6 1 7f s 角条件下的输出数据眼图5 3 图6 1 8s f 角条件下的输出数据眼图5 3 图6 1 9 先期流片的1 ：4 串并转换电路版图布局说明：5 4 图6 2 0 先期流片的1 ：4 串并转化电路芯片照片5 5 图7 1 测试方案示意图5 6 图7 2s i p 0 1 ：1 0 在晶圆测试探针摆放示意图5 7 图7 3 五分频时钟测试结果5 7 图7 4 分接输出的1 2 5 m b s 数据眼图5 8 图7 5s i p 0 1 ：4 在晶圆测试探针摆放示意图5 9 图7 6 输入5 1 5 6 2 5 g h z 时钟分频器输出波形j 6 0 图7 7 输入5 1 5 6 2 5 g h z 时钟分频器输出抖动6 0 图7 8 输入9 g h z 时钟时的分频波形6 0 v 一 东南大学硕士学位论文 图7 92 5 7 8 g b s 分接数据波形 图7 1 02 5 7 8 g b s 分接数据波形 图7 1l2 5 7 8 g b s 分接数据的抖动测量 图7 1 22 5 7 8 g b s 分接数据眼图 图7 1 32 5 g b s 分接数据调用眼图模板测量结果 图7 1 43 3 7 5 g b s 分接数据眼图 6 l 6 l 6 1 6 2 6 2 6 2 表1 1s t m - n 和o c x 速率级别的定义2 表2 11 0 m b s 和1 0 0 m b s 的i e e e 8 0 2 3 系列标准比较6 表2 21 0 0 0 m b s 和1 0 g b s 的i e e e 8 0 2 3 系列标准比较7 表2 3 千兆以太网电气特性技术指标1 0 表2 4 万兆以太网系统电特性1 4 表3 1 晶体管的材料、结构和工艺1 5 表5 1 五分频电路状态转换表3 6 表5 2 输出缓冲晶体管尺寸配置4 3 表6 1l v d s 输出电气指标4 6 表6 2p c m l 输入输出电气指标( 5 0 2 到v d d ) 4 7 表6 3 不同角条件下参数波动( n m o s ) 5 2 表6 4 应用于i e e e 8 0 2 3 a e1 0 g b a s e r 的1 ：4 串并转换电路焊盘说明5 5 表7 1s i p 0 1 ：1 0 芯片特征和特性。5 8 表7 2s 1 p 0 1 ：4 芯片特征6 3 表7 3s i p o i ：4 电路特性比较总结6 3 v i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 研究生签名：出趣日期：2 塑垒墨! 三 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复 印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和 纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办 理。 研究生签名：迦趟 导师签名：日期：2 丝：三：三j 第1 章引言 第1 章引言 1 1 光纤传输系统和以太网的发展 在过去2 0 多年中，人类正迈向一个以信息爆炸、信息集成、信息大规模传输和交换为特征的新 世纪。在信息技术的滔滔洪流中，光纤传输和因特网扮演着重要的角色。如图1 1 所示，传输介质 从最初的1 3 5 m b s 发展到如今的1 0 g b s ，以太网从千兆迈进了万兆、甚至4 0 g b s 以太网的历史阶 段，o c 1 9 2 也开始在因特网这个纷繁复杂的舞台上崭露头角。无论是i n t e r n e t 骨干网、局域网标准、 还是传输介质的容量，1 0 g b s 这一数量级成为光纤传输系统发展的一个里程碑。回首这令人振奋的 2 0 年，网络容量的需求和传输速率的提高之间的主要矛盾成为推动光纤传输系统爆炸性发展的巨大 推动力。 o 皇 v 删捌 袖 螺 惴 图1 i 光纤传输系统和以太网的发展 1 1 1 从时分复用到波分复用 网 传统光纤通信的发展最初采用时分复用( t d m ) 技术，每当传输速率提高4 倍，传输每比特的成本 大约下降3 0 4 0 ，这有力的刺激了高比特率系统的指数级发展。目前商用系统已从4 5 m b s 增 加到1 0 g b s ，采用t d m 技术，光纤中数据流的比特率还可以提高到4 0 g b s ，但是这还远没有充分利 用光纤的带宽，采用波分复用( w i ) m ) 技术就可以更好的解决这个问题。如果将多个发送波长适当错开 的光源信号同时在一极光纤上传送，则可大大增加光纤的信息传输容量，这就是波分复用( w i n ) 的基 本思路。波分复用系统具备如下优点： 1 )子信道的数据是独立传输的。同一根光纤上可以传输完全不同格式和速率的数据，他们 之间不需要同步，不需要复杂的数据结构和识别处理； 2 )功能的简化和相应速率的降低可简化电子电路的设计； 3 ) 使用光转换器，数据的交换处理可以在光的层面上进行。 ， 1 ， 东南大学硕士学位论文 鉴于此，波分复用系统发展十分迅速。目前全球实际敷设的w d m 系统已超过3 0 0 0 个，而实 用化系统的最大容量已达3 2 0 g b s ( 2 x1 6 x1 0 g b s ) ，c o m i n g 公司报道了在4 5 0 k m l e a f 新型光纤上 进行了3 2 1 0 g b sw d m 系统传输试验，l u c e n t 公司已宣布将推出8 0 个波长的w d m 系统，其总 容量可达2 0 0 g b s ( 8 0 x 2 5 g b s ) 或4 0 0 g b s ( 4 0 x1 0 g b s ) 。实验室的最高水平则已达到2 6 t b h ( 1 3 2 0 g b s ) 。预计不久实用化系统的容量即可达到1 t b s 的水平。 1 1 2i n t e m e t 骨干网的发展 随着数据业务的指数级增长，对i n t e r n e t 镯干网也提出了更高的要求，传输介质的发展也促进 了骨干网的升级换代。t l 级骨干网能以1 5 4 4 m b s 的速度传输数据；骨干网升级为t 3 级，速度达 到4 5 m b s ；随后的发展过程中，同步数字体系( s d h ) 以其支持超高速的数据传输而作为国际传输标 准被广泛采用。s d h 是由美国的同步光网络标准s o n e t 发展而来的。s o n e t 是为了解决准同步数 字系统( p d h ) 的缺点而产生的，经过修改以适应欧洲接i z l 速率之后，它被c c i t t ，即现在的国际电 信联盟i t u t 确立为世界性高速数字传输标准，在一般文献中，s d h 和s o n e t 有时是相提并论的。 表1 1 中给出了s t m - n 和o c x 速率级别的定义。 表1 1s t m - n 和o c x 速率级别的定义 s t m n速率 o c x 速率 15 1 8 4 m b s 2 1 0 3 6 8 m b s l1 5 5 5 2 m b s 3 1 5 5 5 2 m b s 46 2 2 0 8 m b s1 26 2 2 0 8 m b s 2 4 1 2 4 4 g b s 1 62 4 8 8 g b s4 82 4 8 8 g b s 6 49 9 5 3 g b s1 9 29 9 5 3 g b s 1 1 3e t h e r n e t 局域网的发展 以太网的基本特征是采用一种称为载波监听多路访问冲突检测c s n i a c d ( c a r r i e l s e n s e m u l t i p l ea c c e s s c o l l i s i o nd e t e c t i o n ) 的共享访问方案，即多个工作站都连接在一条总线上，所 有的工作站都不断向总线上发出监听信号，但在同一时刻只能有一个： 作站在总线上进行传输，而 其他工作站必须等待其传输结束后再开始自己的传输。冲突检测方法保证了只能有一个站在电缆上 传输。 采用c s m a c d 介质访问控制方式的局域网技术，最初由x e r o x 公司的r o b e r tm e t c a l f e 博士领 导研制开发( 因此他也被成为以太网之父) ，1 9 7 9 年7 月1 9 8 2 年间，由d e c 、i n t e l 和x e r o x 三家 公司制定了以太网的技术规范d i x ，以此为基础形成的i e e e 8 0 23 以太网标准在1 9 8 9 年正式成为国 际标准。x e r o x 公司拥有专利和技术，d e c 则是当时最大的网络计算机供应商，i n t e l 则用有芯片设 计和制造的优势，在这三驾马车的努力下，l o m b s 版本的以太网标准于1 9 8 0 年9 月开发成功并公 布，在2 0 多年中以太网技术不断发展，成为迄今最广泛应用的局域网技术，产生了多种技术标准。 这些标准总体上可归纳为l o m b s 的以太网( e t h e r n e t ) ，1 0 0 m b s 快速以太网( f a s te t h e r n e t ) ， 一2 第1 章引言 1 0 0 0 m b s 的千兆以太网( g i g a b i te t h e r n e t ) 和1 0 g b s 的万兆光以太网( 1 0 g e ) 。光以太网技术融合 了以太网应用普遍、价格低廉、组网灵活、管理简单，光网络可靠性高、容量大的优点。其高速率、 大容量消除了局域网和广域网之间的带宽瓶颈，将成为未来融合话音、数据和视频的又一重要网络 结构。 总之，光纤和波分复用技术的应用解决了信道的容量问题，然而在推动光纤系统发展的这对矛 盾体中传输速率目前仍取决于系统中电路的工作速度，因为目前的收发机的构成依然是电子电路。 因此白行研制光纤通信( 千兆万兆以太网) 超高速集成电路，已经成为我国信息产业持续发展的关键 之一。 、 1 2 关于本次课题 本论文主要研究与设计应用于千兆以太网( i e e e 8 0 2 3 z ) 系统的1 ：1 0 串并转换电路和应用于万兆 以太网( i e e e 8 0 2 3 a e ) 系统的1 ：1 6 串并转换电路。 鉴于c m o s 工艺的优点，本论文设计的串并转换采用了台湾t s m c 公司的o 2 5 9 mc m o s 和 0 1 8 9 mc m o s 工艺。 本次课题的】：】0 千兆以太网串并转换电路和应用于万兆以太网的高速】：4 串并转换电路均己 完成流片制作，对芯片的实际测试结果表明，1 ：1 0 串并转化电路能够完成i 2 5 g b s 数据的1 0 路分 接，1 ：4 串并转化电路能够完成1 0 g b s 高速数据的4 路分接功能。测试结果同时验证了设计方法和 流程是正确可行的。图i 2 为本次论文的设计流程：它由系统分析和划分，s p i c e 仿真、版图设计、 后仿真、以及输出g d s i i 文档，交付流片几部分完成，并且在前仿真和后仿真分别构成一次验证循 环，完成了上述所有步骤即完成了芯片设计的一个循环，对于模拟电路来说，通常需要多次循环。 图1 2 本次论文设计流程 本文由7 章组成：第一章介绍引言介绍光纤系统的发展历史和论文的组织结构；第二章介绍以 。3 一 东南大学硕士学位论文 太网的发展历史；第三章介绍完成电路设计所使用的工艺和与此相关的设计注意事项，它是实现芯 片的物理基础；第四章介绍干兆以太网l ：1 0 串并转换集成电路的设计、模拟；第五章介绍万兆以 太网应用于1 0 g b a s e r 的1 ：1 6 串并转换集成电路的设计以及已经通过流片验证的1 ：4 高速端串并 转化电路的模拟和设计；第六章介绍已经通过流片的s 1 p 0 1 ：1 0 电路和s i p 0 1 ：4 电路的测试步骤和测 试结果。最后课题作一个总结。 4 第2 章以太网的发展历史 第2 章千兆，万兆以太网协议分析 2 1 以太网的分类标准 2 0 多年来，以太网技术不断发展，成为迄今应用最广泛的局域网技术，同时也产生了许多技术 标准。成为一系列标准的集合。 以太网首次广泛地应用于商业之时，仅支持单一数据率( 1 0 m b s ) 以及一种物理介质( 粗同轴电 缆) 。因此术语“以太网”毫无争议地专指这种系统。然而这种简明特点没有保持很长时间。基于花 费小、易安装、易维护，以及能在恶劣环境中使用等方面的考虑，以太网被不断修改，并在其中逐 渐增加了一系列物理介质。一般地说，商业产品领导市场，随之而来的是制定在这些新介质基础上 的操作标准。稍后，数据率也可能发生变化，这又导致出现更多的物理介质。因此，今天有许多非 常不同的通信系统，它们都被称为“以太网”。 如此众多的技术标准带来了该如何准确简洁称呼的问题，i e e e 8 0 2 3 定义了一种缩写符号来表示 以太网的某一标准实现。因此，某个以太网实现被称为： n 一信号一物理介质 n ： 信号 物理介质 以兆位每秒为单位的数据率，如1 ，1 0 ，1 0 0 ，1 0 0 0 ； 、 如果采用的信号是基带的，即物理介质是由以太网专用的，不与其他的通信系统共享， 则表示成b a s e ；如果信号是宽带的，即物理介质能够同时支持以太网和其他非以太网 的服务，则表示b r o a d 。 表示介质类型，在最早使用这种表示法的一些系统中，“介质”表示以m 为单位的最大 电缆段长度( 以1 0 0 m 为基数) ，在以后的系统中，这种习惯改变了，“介质”只简单地 表示特定的介质类型。 具体分类见表2 1 和表2 2 ，表2 1 是千兆以太网之前的8 0 2 3 各标准之间性能的比较，表22 是干兆以 太网和万兆以太网各标准之问的性能比较。 表2 11 0 m b s 和1 0 0 m b s 的i e e e 8 0 2 3 系列标准比较 技术标准公布时间传输介质忙输距离编码方式节点数网络速度是否支持全 段双工 1 0 b a s e 58 0 23 5 0 0 粗同轴电缆 8 x5 0 0 m 【1 】曼彻斯特】0 01 0 m b s否 ( 】9 8 3 ) 编码【3 】半取工 1 0 b a s e 28 0 23 a 5 0 n 粗同轴电缆 5 1 8 5 m 【1 】 曼彻斯特编 3 0 1 0 m b s 否 ( 1 9 8 5 ) 码 半双工 1 0 b a s et 8 0 23 i2 对3 娄或更好的9 t p5 1 0 0 m 【1 】曼彻斯持编 1 0 2 4 1 0 m b s是 ( 1 9 9 0 ) 码 全双工【2 】 1 0 b a s e f l8 9 23 j 带有异步主动中央控制器的2 路 8 5 0 n m ：2 k m曼彻斯特编1 0 2 41 0 m b s 是 ( 1 9 9 3 )多模光纤 1 3 1 0 i l l l l ：5 k m码 全双工操作 1 0 b a s ef b 8 0 23 j带有被动中央控制器的2 路多摸半双3 2 ：2 k m曼彻斯特编1 0 m b s否 ( 1 9 9 3 )光纤 码 1 0 b a s e f p8 0 23 j 难有同步主动中央控制器的2 路 半双工：5 0 0 r n曼彻斯特编1 0 m b s否 ( 1 9 9 3 )多模光纤 码 l 0 0 8 a s e t x8 0 23 u 2 对5 类ur p 半双工：1 0 0 m 曼彻嘶特编1 0 0 m b s是 ( 1 9 9 5 )全双工：1 0 0 m 码 1 0 0 b a s e f x 8 0 23 u2 路多桃光纤半烈工：4 1 2 m曼彻斯特编1 0 0 m b s是 ( 1 9 9 5 )全双工：2 9 0 0 m 码 1 0 0 b a s et 48 0 23 u 4 对3 类( 或更好) u t p 芈双工：1 0 0 m曼彻斯特编1 0 0 m b s否 ( 1 9 9 5 ) 码 1 0 0 b a s e1 28 0 23 y 2 对3 类( 或更好) u t p 半双工：1 0 0 m 曼彻斯特编1 0 0 m h s是 ( 1 9 9 7 )仝双工 】0 0 m 码 注释【1 】4 中继器5 网段 注释【2 】 虽然信道的设计支持全双工，但是收发器必须经过适当的配置，这使得发送出去得数据 不会循环回来出现在接收线上，而这在半双工得模式下是经常出现的。 注释【3 】曼彻斯特编码规定在每个码元的中间发生跳变，高到低的跳变为0 ，低到高的跳变为l ： 差分曼彻斯特编码与曼彻斯特编码类似，在每个码元的中间都会发生跳变，不同之处在于，码元开 始处有跳变为0 ，码元开始处无跳变为1 。 注释【4 】 “”右侧姗z $ k m 是模式带宽的单位，“”左侧是在该模式带宽下的工作距离。 ，6 至! 量坠奎里塑壅壁堕皇 表2 21 0 0 0 m b s 和1 0 g b s 的i e e e 8 0 2 3 系列标准比较 技术标准公布时间 传输介质 传输距离编码方式网络速度是否支持全 双工 1 0 0 0 b a s e s x8 0 23 z 使用短波激光的2 路多模或单模光纤多模光纤：2 7 5 m9 b l o b1 0 0 0 m b s是 ( 1 9 9 8 )单模光纤 半双工：3 t 6 m 全双工：5 5 0 m l o o o b a s e l x8 0 23 z 使用长波激光的2 路多模或单模光纤半双工：3 1 6 m8 9 1 0 b1 0 0 0 m b s是 ( 1 9 9 8 )全双工 5 5 0 mm m f 全双2 1 5 0 0 0 ms m f 1 0 0 0 b a s e c x8 0 2 3 z2 对1 5 0o 屏数双绞线半双工：2 5 m8 r 1 0 bl o o o m b s是 ( 1 9 9 8 )全双工：2 5 m l o o o b a s e t8 0 2 3 a b 4 对5 娄u t p 半双工：1 0 0 m p n t 5 5 编 1 0 0 0 m b s 是 ( 1 9 9 9 ) 全双工：i o o m码 l o g b a s e s r8 0 2 3 a e l a np h y 多模光纤8 5 0 n m 串行接口全双工6 4 b 6 6 b1 0 g b s是 ( 2 0 0 2 )2 6 m 1 6 0 m i i z * k m 【4 】 3 3 m 2 0 0 m h z * k m 6 6 m 4 0 0 m z k m 8 2 m 5 0 0 m | | z * k m 3 0 0 m 2 0 0 0 z k m l o g b a s e s w0 0 2 3 a e w a np i l y 多模光纤8 5 0 n m 串行接口全双工6 4 b 6 6 b1 0 g b s是 ( 2 0 0 2 )2 6 m 1 6 0 m | i z * k m 3 3 m 2 0 0 m h z 埘( m 6 6 m 4 0 0 m h z k m 8 2 m 5 0 0 m i 【z * k m 3 0 0 m 2 0 0 0 川l z * k m l o g b a s el x 48 0 2 3 a e 1 3 l o 单模多模光纤4 信道w w d m 串行全双工8 b i o b1 0 g b s是 ( 2 0 0 2 )接口w a n 接口 6 25 洲f 3 0 0 m s o o m h z * k m 9 0 m m f2 4 0 m 4 0 0 m | 【z * k m 5 0 m m f3 0 0 m 5 0 0 m h z * k m 1 0 s m f 1 0 k m n a 1 0 g b a s e 一【r 8 0 2 3 a el a np h y 单模光纤i3 l o n m全双工6 4 b 6 6 b1 0 g b s是 ( 2 0 0 2 )2 m 到l o k m l o g b a s e 一岍8 0 2 3 a ew a np i t y 单模光纤1 3 1 0 h m全双工 6 4 b 6 6 91 0 c b s是 ( 2 0 0 2 )2 m 到l o k m l o g b a s ee r8 0 23 a e l a np h y 单模光纤1 5 5 0 n m全双工6 4 b 6 6 01 0 g b s是 ( 2 0 0 2 )3 0 k m 或4 0 k m 1 0 g b a s e - e w8 0 23 a ew a np h y 多模光纤全取工6 4 b 6 6 b1 0 c b s是 ( 2 0 0 2 )1 5 5 0 n m3 0 k m 或4 0 k m 2 2 以太网的帧格式 以太网的帧格式由最初的d i x 以太网帧格式，经过不断的发展改进，演化成目前这种包括长度 东南大学硕士学位论文 域和类型域的混合i 帧格式，该帧格式包含有7 个域如图2 1 ( a ) 所示： 1 ) 前导码( p r e a m b l e ) 包含7 个字节，表示数据链路层帧的开始； 2 ) 帧起始定界符( s f d ) 1 个字节； 3 ) 目的地址( d a ) 包含6 个字节，d a 标识了帧的目的地站点，d a 可以是单播地址( 单个目的地) 或组播地址( 多个目的地) ； 4 ) 源地址( s a ) 包含6 个字节，s a 标识了发送帧的站，s a 通常是单播地址( 即第一位是o ) ； 5 ) 长度类型域两个字节； 6 ) 数据域包含4 6 - - 1 5 0 0 个字节； 7 ) 帧校验序y i j ( f c s ) 包含4 个字节，f c s 是从d a 开始到数据域结束这部分的校验和。 随着速率和规模的急剧增大，以太网已经