10GbE万兆以太网简介.pdf

简介：
本PDF文件详细介绍了10GbE（万兆以太网）技术的基础知识、工作原理及应用领域，旨在帮助读者理解高速网络连接的关键要素与优势。 ### 10GbE万兆以太网概述 #### 一、网络分层与以太网定位 在探讨10GbE之前，我们先来了解网络分层的概念及其在网络通信中的应用。 ##### 1. 网络分层的重要性 现代通信互联标准普遍采用层次化的组织方式简化协议设计的复杂度。ISO定义的开放式系统互连（Open Systems Interconnection, OSI）模型是大多数通信标准的基础框架，虽然不是所有的标准都实现了OSI模型中的全部七层，但分层的基本思想是一致的。 ##### 2. 以太网的分层 以太网遵循OSI参考模型的第一和第二层次：物理层（Physical Layer, PHY）及数据链路层（Data Link Layer, MAC）。其中： - **MAC** 层提供寻址及介质访问控制方式，确保不同设备或网络节点在多点网络上进行通信时不会发生冲突。 - **PHY** 层负责处理物理信号的传输。不同的以太网速率（如10M、100M、1G和10G）在物理层有所区别。 - **PCS (Physical Coding Sublayer)**：实现8B/10B或64B/66B编码及扰码等功能。 - **PMA (Physical Medium Attachment sublayer)**：通常包括SerDes（串行并行转换器）功能。 - **PMD (Physical Medium Dependent sublayer)**：指的是光模块或其他特定类型的传输介质。 #### 二、10GbE出现前的以太网局限性 在10GbE技术问世之前，传统以太网络存在一些明显的限制，特别是在需要更大带宽和更长传输距离的应用场景中尤为突出。 ##### 1. 带宽局限 早期的以太网（如10M、100M及1G）由于其较低的带宽无法满足高速数据传输的需求。 ##### 2. 传输距离限制 - **五类线**：对于采用五类线的传统以太网络，无论是10M、100M还是1G速率的最大传输距离均为100米。这主要是受到信噪比和碰撞检测等因素的影响。 - **光纤**：尽管使用光纤可以显著提高传输距离，但由于其使用的主从同步机制的限制，在单模光纤的情况下最大传输距离也只能达到5公里左右。 #### 三、10GbE分类 根据应用场景及所采用的不同介质，10GbE被细分为多种类型： ##### 1. 按PCS（物理编码子层）分类 - **10GBASE-X**：使用8B/10B编码方式。 - **10GBASE-R** 和 **10GBASE-W**: 使用64B/66B编码，后者适用于广域网需求。 - **10GBASE-T**：采用LDPC（低密度奇偶校验）编码技术，适合双绞线介质。 ##### 2. 按PMD（物理介质相关子层）分类 - 光传输介质： - **10GBASE-SR**: “短程”传输适用于不超过26米的距离。 - **10GBASE-LR**：“远程”传输，适合于距离在10公里内的场景。 - **10GBASE-ER**：适用于40公里内“扩展远程”的数据传输。 - 电传输介质： - **10GBASE-CX4**: 使用四通道电信号，在短距（不超过15米）应用中表现出色。 - **10GBASE-T**：在非屏蔽双绞线上支持长达100米的高速通信。 #### 四、10GbE标准发展过程 自2002年起，IEEE 802.3工作组陆续发布了一系列基于不同PCS和PMA技术的10GbE标准： - **802.3ae-2002**：光纤接口规范。 - **802.3ak-2004**: 定义了铜缆介质上的1GBASE-TX传输方案，但未明确提及与10GbE直接相关的内容，在此略过讨论。 - **802.3an-2006**：定义了双绞线上的10GBASE-T标准，并最终集成于IEEE 802.3-2008中。 以上内容表明，通过不断的技术创新和完善，10GbE技术解决了传统以太网在带宽和传输距离方面的局限性。它不仅提高了数据传输的速度，还极大地拓展了以太网络的应用范围，使其能够更好地适应现代数据中心、云计算及高性能计算等高带宽需求的场景。 #### 结论 随着技术的进步，未来