千兆以太網(wǎng)
隨著多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)分布計(jì)算、桌面視頻會(huì)議等應(yīng)用的不斷發(fā)展，用戶對局域網(wǎng)的帶寬提出了更高的要求;同時(shí)，100M快速以太網(wǎng)也要求主干網(wǎng)、服務(wù)器一級(jí)有更高的帶寬。另外，由于以太網(wǎng)的簡單、實(shí)用、廉價(jià)及應(yīng)用的廣泛性，人們又迫切要求高速網(wǎng)技術(shù)與現(xiàn)有的以太網(wǎng)保持的兼容性。千兆以太網(wǎng)技術(shù)就是在這種需求背景下開始醞釀的。1996年3月成立的IEEE1302.3Z工作組，專門負(fù)責(zé)千兆以太網(wǎng)的研究，并制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。
千兆以太網(wǎng)使用原有以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)、幀長及CSMA/CD協(xié)議，只是在低層將數(shù)據(jù)速率提高到了1Gbps.因此，它與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)(1OMbps)及快速以太網(wǎng)(100Mbps)兼容。用戶能在保留原有操作系統(tǒng)、協(xié)議結(jié)構(gòu)、應(yīng)用程序及網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)與工具的同時(shí)，通過簡單的修改，使現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)工作站廉價(jià)地升級(jí)到千兆位速率。
1.千兆以太網(wǎng)的物理層協(xié)議中華考試論壇
千兆以太網(wǎng)的物理層協(xié)議包括1000BASE-SX、1000BASE-LX、1000BASE-CX和1000BASE-T等標(biāo)準(zhǔn)。
(1)1000BASE-SX.使用芯徑為50及62.51im、工作波長為850m1的多模光纖，采用8BAOB編碼方式，傳輸距離分別為260m和525m，適用于建筑物中同一層的短距離主干網(wǎng)。
(2)1000BASE-LX.使用芯徑為50及62.51im的多模、單模光纖，工作波長為1300m1，采用8B/10B編碼方式，傳輸距離分別為525m、550m和3000m，主要用于校園主干網(wǎng)。
(3)1000BASE-CX.使用1500平衡屏蔽雙絞線(STP)，采用8BAOB編碼方式，傳輸速率為1.25Gbps，傳輸距離為25m，主要用于集群設(shè)備的連接，如一個(gè)交換機(jī)房內(nèi)的設(shè)備互連。
(4)1000BASE-To使用4對5類非平衡屏蔽雙絞線(UTP)，傳輸距離為100m，主要用于結(jié)構(gòu)化布線中同一層建筑的通信，從而可以利用以太網(wǎng)或快速以太網(wǎng)已鋪設(shè)的UTP電纜。
2.干兆以太網(wǎng)的MAC子層
MAC子層的主要功能包括數(shù)據(jù)幀的封裝/卸裝、幀的尋址與識(shí)別、幀的接收與發(fā)送、鏈路的管理、幀的差錯(cuò)控制及MAC協(xié)議的維護(hù)。
千兆以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)相同，其幀長為1518字節(jié)，最小幀長為46字節(jié)。
千兆以太網(wǎng)對媒體的訪問采用全雙工和半雙工兩種方式。全雙工方式適用于交換機(jī)到交換機(jī)或交換機(jī)到站點(diǎn)之間的點(diǎn)一點(diǎn)連接，兩點(diǎn)間可同時(shí)進(jìn)行發(fā)送與接收，不存在共享信道的爭用問題，所以不需采用CSMA/CD協(xié)議。半雙工方式則適用于共享媒體的連接方式，仍采用CSMA/CD協(xié)議解決信道的爭用問題。
千兆以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)速率為快速以太網(wǎng)的10倍，若要保持兩者最小幀長的一致性，勢必大大縮小千兆以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)直徑;若要維持網(wǎng)絡(luò)直徑為200m，則最小幀長要512字節(jié)。為了確保最小幀長為64字節(jié)，同時(shí)維持網(wǎng)絡(luò)直徑為200m，千兆以太網(wǎng)采用了載波擴(kuò)展和數(shù)據(jù)包分組兩種技術(shù)。
載波擴(kuò)展技術(shù)用于半雙工的CSMA/CD方式，實(shí)現(xiàn)方法是對小于512字節(jié)的幀進(jìn)行載波擴(kuò)展，使這種幀所占用的時(shí)間等同于長度為512字節(jié)的幀所占用的時(shí)間。雖然載波擴(kuò)展信號(hào)不攜帶數(shù)據(jù)，但由于它的存在保證了200m的網(wǎng)絡(luò)直徑。對于》512字節(jié)的幀，不必添加載波擴(kuò)展信號(hào)。若大多數(shù)幀短于512字節(jié)，則載波擴(kuò)展技術(shù)會(huì)使帶寬利用率下降·。
數(shù)據(jù)包分組技術(shù)允許站點(diǎn)每次發(fā)送多幀，而不是→次發(fā)送一幀。若多個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)幀短于512字節(jié)，僅其中的第一幀需要添加載波擴(kuò)展信號(hào)。一旦第一幀發(fā)送成功，則說明發(fā)送信道已打通，其后續(xù)幀就可不加載波擴(kuò)展連續(xù)發(fā)送，只需幀間保持12字節(jié)的間隙即可。
由于全雙工方式不存在沖突問題，所以不需任何處理即可傳輸64字節(jié)的最小數(shù)據(jù)幀。
3.千兆以太網(wǎng)的特點(diǎn)
一方面為了保持從標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)到千兆以太網(wǎng)的平滑過渡，另一方面又要兼顧新的應(yīng)用和新的數(shù)據(jù)類型，在千兆以太網(wǎng)的研究過程中應(yīng)注意以下特點(diǎn)
(1)簡易性：千兆以太網(wǎng)應(yīng)保持經(jīng)典以太網(wǎng)的技術(shù)原理、安裝實(shí)施和管理維護(hù)的簡易l性，這是千兆以太網(wǎng)成功的基礎(chǔ)之一。
(2)技術(shù)過渡的平滑性：千兆以太網(wǎng)保持了經(jīng)典以太網(wǎng)的主要技術(shù)特征，采用CSMA/CD媒體管理協(xié)議，采用相同的幀格式及幀的大小，支持全雙工、半雙工工作方式，以確保;平滑過渡。
(3)網(wǎng)絡(luò)可靠性：保持經(jīng)典以太網(wǎng)的安裝、維護(hù)方法，采用中央集線器和交換機(jī)的星形結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)化布線方法，以確保千兆以太網(wǎng)的可靠性。
(4)可管理性與可維護(hù)性：采用簡易網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)及經(jīng)典以太網(wǎng)的故障查找與排除工具，以確保千兆以太網(wǎng)的可管理性與可維護(hù)性。i
(5)經(jīng)濟(jì)性：網(wǎng)絡(luò)成本包括設(shè)備成本、通信成本、管理成本、維護(hù)成本及故障排除成本。由于繼承了經(jīng)典以太網(wǎng)的技術(shù)，使千兆以太網(wǎng)的整體成本下降。
(6)支持新應(yīng)用與新數(shù)據(jù)類型：計(jì)算機(jī)技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的應(yīng)用模式，對網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。為此，千兆以太網(wǎng)必須具有支持新應(yīng)用與新數(shù)據(jù)類型的能力。
隨著多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)分布計(jì)算、桌面視頻會(huì)議等應(yīng)用的不斷發(fā)展，用戶對局域網(wǎng)的帶寬提出了更高的要求;同時(shí)，100M快速以太網(wǎng)也要求主干網(wǎng)、服務(wù)器一級(jí)有更高的帶寬。另外，由于以太網(wǎng)的簡單、實(shí)用、廉價(jià)及應(yīng)用的廣泛性，人們又迫切要求高速網(wǎng)技術(shù)與現(xiàn)有的以太網(wǎng)保持的兼容性。千兆以太網(wǎng)技術(shù)就是在這種需求背景下開始醞釀的。1996年3月成立的IEEE1302.3Z工作組，專門負(fù)責(zé)千兆以太網(wǎng)的研究，并制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。
千兆以太網(wǎng)使用原有以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)、幀長及CSMA/CD協(xié)議，只是在低層將數(shù)據(jù)速率提高到了1Gbps.因此，它與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)(1OMbps)及快速以太網(wǎng)(100Mbps)兼容。用戶能在保留原有操作系統(tǒng)、協(xié)議結(jié)構(gòu)、應(yīng)用程序及網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)與工具的同時(shí)，通過簡單的修改，使現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)工作站廉價(jià)地升級(jí)到千兆位速率。
1.千兆以太網(wǎng)的物理層協(xié)議中華考試論壇
千兆以太網(wǎng)的物理層協(xié)議包括1000BASE-SX、1000BASE-LX、1000BASE-CX和1000BASE-T等標(biāo)準(zhǔn)。
(1)1000BASE-SX.使用芯徑為50及62.51im、工作波長為850m1的多模光纖，采用8BAOB編碼方式，傳輸距離分別為260m和525m，適用于建筑物中同一層的短距離主干網(wǎng)。
(2)1000BASE-LX.使用芯徑為50及62.51im的多模、單模光纖，工作波長為1300m1，采用8B/10B編碼方式，傳輸距離分別為525m、550m和3000m，主要用于校園主干網(wǎng)。
(3)1000BASE-CX.使用1500平衡屏蔽雙絞線(STP)，采用8BAOB編碼方式，傳輸速率為1.25Gbps，傳輸距離為25m，主要用于集群設(shè)備的連接，如一個(gè)交換機(jī)房內(nèi)的設(shè)備互連。
(4)1000BASE-To使用4對5類非平衡屏蔽雙絞線(UTP)，傳輸距離為100m，主要用于結(jié)構(gòu)化布線中同一層建筑的通信，從而可以利用以太網(wǎng)或快速以太網(wǎng)已鋪設(shè)的UTP電纜。
2.干兆以太網(wǎng)的MAC子層
MAC子層的主要功能包括數(shù)據(jù)幀的封裝/卸裝、幀的尋址與識(shí)別、幀的接收與發(fā)送、鏈路的管理、幀的差錯(cuò)控制及MAC協(xié)議的維護(hù)。
千兆以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)相同，其幀長為1518字節(jié)，最小幀長為46字節(jié)。
千兆以太網(wǎng)對媒體的訪問采用全雙工和半雙工兩種方式。全雙工方式適用于交換機(jī)到交換機(jī)或交換機(jī)到站點(diǎn)之間的點(diǎn)一點(diǎn)連接，兩點(diǎn)間可同時(shí)進(jìn)行發(fā)送與接收，不存在共享信道的爭用問題，所以不需采用CSMA/CD協(xié)議。半雙工方式則適用于共享媒體的連接方式，仍采用CSMA/CD協(xié)議解決信道的爭用問題。
千兆以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)速率為快速以太網(wǎng)的10倍，若要保持兩者最小幀長的一致性，勢必大大縮小千兆以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)直徑;若要維持網(wǎng)絡(luò)直徑為200m，則最小幀長要512字節(jié)。為了確保最小幀長為64字節(jié)，同時(shí)維持網(wǎng)絡(luò)直徑為200m，千兆以太網(wǎng)采用了載波擴(kuò)展和數(shù)據(jù)包分組兩種技術(shù)。
載波擴(kuò)展技術(shù)用于半雙工的CSMA/CD方式，實(shí)現(xiàn)方法是對小于512字節(jié)的幀進(jìn)行載波擴(kuò)展，使這種幀所占用的時(shí)間等同于長度為512字節(jié)的幀所占用的時(shí)間。雖然載波擴(kuò)展信號(hào)不攜帶數(shù)據(jù)，但由于它的存在保證了200m的網(wǎng)絡(luò)直徑。對于》512字節(jié)的幀，不必添加載波擴(kuò)展信號(hào)。若大多數(shù)幀短于512字節(jié)，則載波擴(kuò)展技術(shù)會(huì)使帶寬利用率下降·。
數(shù)據(jù)包分組技術(shù)允許站點(diǎn)每次發(fā)送多幀，而不是→次發(fā)送一幀。若多個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)幀短于512字節(jié)，僅其中的第一幀需要添加載波擴(kuò)展信號(hào)。一旦第一幀發(fā)送成功，則說明發(fā)送信道已打通，其后續(xù)幀就可不加載波擴(kuò)展連續(xù)發(fā)送，只需幀間保持12字節(jié)的間隙即可。
由于全雙工方式不存在沖突問題，所以不需任何處理即可傳輸64字節(jié)的最小數(shù)據(jù)幀。
3.千兆以太網(wǎng)的特點(diǎn)
一方面為了保持從標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)到千兆以太網(wǎng)的平滑過渡，另一方面又要兼顧新的應(yīng)用和新的數(shù)據(jù)類型，在千兆以太網(wǎng)的研究過程中應(yīng)注意以下特點(diǎn)
(1)簡易性：千兆以太網(wǎng)應(yīng)保持經(jīng)典以太網(wǎng)的技術(shù)原理、安裝實(shí)施和管理維護(hù)的簡易l性，這是千兆以太網(wǎng)成功的基礎(chǔ)之一。
(2)技術(shù)過渡的平滑性：千兆以太網(wǎng)保持了經(jīng)典以太網(wǎng)的主要技術(shù)特征，采用CSMA/CD媒體管理協(xié)議，采用相同的幀格式及幀的大小，支持全雙工、半雙工工作方式，以確保;平滑過渡。
(3)網(wǎng)絡(luò)可靠性：保持經(jīng)典以太網(wǎng)的安裝、維護(hù)方法，采用中央集線器和交換機(jī)的星形結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)化布線方法，以確保千兆以太網(wǎng)的可靠性。
(4)可管理性與可維護(hù)性：采用簡易網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)及經(jīng)典以太網(wǎng)的故障查找與排除工具，以確保千兆以太網(wǎng)的可管理性與可維護(hù)性。i
(5)經(jīng)濟(jì)性：網(wǎng)絡(luò)成本包括設(shè)備成本、通信成本、管理成本、維護(hù)成本及故障排除成本。由于繼承了經(jīng)典以太網(wǎng)的技術(shù)，使千兆以太網(wǎng)的整體成本下降。
(6)支持新應(yīng)用與新數(shù)據(jù)類型：計(jì)算機(jī)技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的應(yīng)用模式，對網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。為此，千兆以太網(wǎng)必須具有支持新應(yīng)用與新數(shù)據(jù)類型的能力。