以太网介质技术发展史详解

1、 以太网介质技术发展史详解 前面陆续已经分享很多网络和交换机的知识，随着云计算、软件定义网络等技术潮流趋势，以太网在可靠性和速率上发生了巨大的技术变革，今天我们从以太网介质入手，谈谈以太网技术的发展。言归正传，下面从以太网标准，介质发展等方面聊聊以太网发展简史。1973年，Xerox公司提出以太网技术并实现之，最初以太网数率只有2.94Mbps1980年，Digital Equipment Corporation，Intel，Xerox，三家联合推出10Mbps DIX以太网标准1995年，IEEE正式通过了802.3u快速以太网标准1998年，IEEE802.3z千兆以太网标准正式发布199

2、9年，发布IEEE802.3ab标准，即1000BASE-T标准2002年7月18日，IEEE通过了802.3ae，即10Gbit/s以太网，又称为万兆以太网，它包括了10GBASE-R,10GBASE-W,10GBASE-LX4三种物理接口标准。2004年3月，IEEE批准铜缆10G以太网标准802.3ak，新标准将作为10GBASE-CX4实施，提供双轴电缆上的10Gbps的速率 在刚萌芽时期的以太网是共享式以太网，共享式以太网当时存在常见几种传输介质。10Base5：粗同轴电缆(5代表电缆的字段长度是500米)10Base2：细同轴电缆(2代表电缆的字段长度是200米) 但是在共享式以太

3、网之时，使用一种称为抽头的设备建立与同轴电缆的连接。须用特殊的工具在同轴电缆里挖一个小洞，然后将抽头接入。此项工作存在一定的风险：因为任何疏忽，都有可能使电缆的中心导体与屏蔽层短接，导致这个网络段的崩溃。同轴电缆的致命缺陷是：电缆上的设备是串连的，单点的故障可以导致这个网络的崩溃。 双绞线分为屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线两大类，为了提高双绞线的抗电磁干扰的能力在双绞线的外面加上了用金属丝编织成的屏蔽层，构成了屏蔽双绞线STP(Shielded Twisted Pair)。对应的没有加金属屏蔽层的则是无屏蔽双绞线UTP(Unshielded Twisted Pair)。 根据屏蔽方式的不同，屏蔽双绞

4、线又分为三类，即STP(Shielded Twicted-Pair)、FTP(Foil Twisted-Pair)和SFTP(Shielded Foil Twicted-Pair)。非屏蔽双绞线目前总共有7类(EIA/TIA 568-A标准将非屏蔽双绞线分为7个种类)，网络传输使用的就是3、4、5类，我们一般在数据传输过程中主要用的就是5类型(Category 5或CAT5)。 EIA/TIA对5类双绞线的线序有两种规定，根据网线两端线序的不同，就有了直连线和交叉线的区别。568A：绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕568B：橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕交叉线：一端是568A标准

5、，另一端是568B标准的双绞线。直连线：两端都是568A或都是568B标准的双绞线。 由双绞线制成的以太网线缆从RJ45接头中引出8芯细线。细线外绝缘层上的颜色进行分组标识，通常利用单色和单色加上白色作为成对标识。区分直连标准还是交叉网线的实际操作方法就是把网线两端的RJ45口同一面对齐，水晶头中的细线颜色一致的即是标准网线，反之就是交叉网线。标准以太网(10Mbit/s)的网络定位 10Mbit/s的以太网通常只定位在网络的接入层，新一代多媒体、影像和数据库产品很容易将10Mbit/s运行的以太网的带宽吞没。10Mbit/s的以太网可以实现100m距离的连接。 非屏蔽双绞线(UTP)出现，并

6、迅速得到广泛的应用。UTP的巨大优势在于.价格低廉，收发使用不同的线缆，逻辑拓扑依旧是总线的，但物理拓扑变为星形。快速以太网(100Mbit/s)的网络定位 数据传输速率为100Mbps的快速以太网是一种高速局域网技术，能够为桌面用户以及服务器或者服务器集群等提供更高的网络带宽。IEEE为快速以太网制订的标准为IEEE802.3u。 工作在全双工模式下的快速以太网可以同时以100Mbit/s的速率进行收发操作，数据发送和接收的传输通路是彼此独立的，这样就不再有冲突和冲突的情况发生，提高了网络的通信效率。千兆以太网千兆以太网是对IEEE802.3以太网标准的扩展，在基于以太网协议的基础之上，将快

7、速以太网的传输速率100Mbps提高了10倍，达到了1 Gbps。标准为IEEE802.3z (光纤与铜缆)和IEEE802.3ab(双绞线)。 许多汇聚层的以太网交换机均提供千兆接口，用于连接其他的交换机，组成更大的网络，许多支持堆叠功能的以太网交换机也是采用千兆接口实现堆叠功能的。所谓堆叠，是指通过软硬件的支持，将一组交换机连接起来作为一个对象加以控制的方式，通常有菊花链模式和星型模式。其最大优点在于可实现简单的本地管理，但由于是一种非标准技术，通常不支持各个厂家交换机的混合堆叠。IEEE802.3z的线缆标准 1000BaseLX是一种使用长波激光作信号源的网络介质技术，在收发器上配置波

8、长为1270-1355nm(一般为1300nm)的激光，既可以驱动多模光纤，也可以驱动单模光纤。 1000BaseSX是一种使用短波激光作为信号源的网络介质技术，收发器上所配置的波长为770-860nm(一般为800nm)的激光传输器不支持单模光纤，只能驱动多模光纤。 1000BaseCX使用的一种特殊规格的高质量平衡双绞线对的屏蔽铜缆，最长有效距离为25米，使用9芯D型连接器连接电缆。IEEE802.3ab的线缆标准 1000BaseT是一种使用5类UTP作为网络传输介质的千兆以太网技术，最长有效距离与100BASETX一样可以达到100米。用户可以采用这种技术在原有的快速以太网系统中实现从

9、100Mbps到1000Mbps的平滑升级。 千兆以太网使用1000BASE-X(8B/10B)编码可支持三种介质: 光纤(单模和多模)；4对线的5类UTP(1000BASE-T)；特殊的两对线STP电缆(也称为短铜跳线Short Copper Jumper)。1000BASE-X是一种在802.3中定义的协议。 1000BASE-X支持三种光纤:50um多模光纤，62.5um多模光纤和9/10um单模光纤。 1000BASE-X支持两种用于激光驱动器的光波长:短波(850nm，称为1000BASE-SX)和长波(1300nm，称为1000BASE-LX)，每个连接需要两根光纤，分别用于接收和

10、发送。从协议上来说，1000BASE-X有SFP、GBIC等热插拔的封装，还有1x9等插针式封装。从封装上来说，SFP是设备的一种接口，如1000BASE-X、1000BASE-T、100BASE-X、OC3(STM-1)、OC12(STM-4)、OC48(STM-16)等多个协议的产品都可以做成SFP封装。以太网自协商 以太网技术发展到100M速率以后，出现了一个如何与原10M以太网设备兼容的问题，自协商技术就是为了解决这个问题而制定的。 自协商功能允许一个网络设备将自己所支持的工作模式信息传达给网络上的对端，并接受对方可能传递过来的相应信息。 为了保持与现有10BASE-T不具备自协商功能

11、的设备的兼容性，自协商协议还具有接受与10BASE-T兼容的连接整合性测试脉冲(Normal Link Pulse普通连接脉冲NLP)的功能，当一个设备不能对快速连接脉冲做出有效的反应，而仅返回了一个普通连接脉冲时，它将被作为一个10BASE-T兼容设备对待。 在链路初始化时，自协商协议向对端设备发送16bit的报文并从对端设备接收类似的报文。根据需要，一个报文可以使用多个16bit的“页”，但最常见的协商只需要基本页的操作。 自协商的内容主要包括速度、全双工、流控等等，一方面通知对端设备自身可工作的方式，另一方面，从对端发来的报文中获得对端设备可以工作的方式。 当协商双方都支持一种以上的工作

12、方式时，需要有一个优先级方案来确定一个最终工作方式。下图按优先级从高到底的顺序列出了IEEE 802.3所支持的五种模式。 自协商功能除了可以发送基本页信息来进行信息的交换，还可以通过发送下一页信息的功能来进行额外的信息的交换。下一页信息的编码又分为两种，一种是消息页编码，另外一种是非格式化页编码，消息页是用来定义一套消息的，非格式化页在某一消息页后发送，用来表示这一消息的数据信息，一个消息页后面可以跟随不止一个非格式化页。 光纤连接器是把两个光纤端面结合到一起，以实现光纤与光纤之间可拆卸连接的器件。 光纤连接器由光纤和光纤两端的插头组成，插头由插针和外围的锁紧结构组成。根据不同的锁紧机制，光

13、纤连接器可以分为FC型、SC型、LC型、ST型和MTRJ型。 光纤连接器按端面研磨方式，分为平面(FC，Flat Contact)、球面(PC，Physical Contact)和斜球面(APC，Angled Physical Contact)。 光模块按封装类型，分为SFP/ESFP、SFF、GPIB、1x9 SC型。SFP (Small Form factor Pluggable)光模块，其收发分开，采用LC光纤，支持热插拔。ESFP (Enhanced Small Form factor Pluggable)相比SFP增加了对光模块温度、偏置电流、电压等监测功能。 SFF与SFP基本一样

14、，唯一区别只是SFF为管脚固定式，不可热插拔。GBIC (Gigabit Interface Converter)以太网封装的光模块，其收发分开，采用SC光纤接头，多模的波长为850nm，单模有1310nm和1550nm，支持热插拔。 1x9 SC型采用固定式，使用SC接头。 光模块按照光传输模式，分为单模与多模。通常在光模块的标签可以获取到相应信息：SM表示单模，MM表示多模。 光模块按激光器的类型，可分为发光管LED、FP激光器、DFB激光器、VCSEL激光器。 光模块按工作波长，分为850nm、1310nm、1550nm等。 光模块按传输距离，分为2Km、10Km、15Km、40Km、80Km等 光纤的主要特性参数有色散、衰减、带宽、截止波长、数值孔径等。通常我们关注最多的是色散和衰减特性。这两个特性与具体的应用关系很大。色散过大会限制光传输