关于万兆以太网标准

《关于万兆以太网标准》由会员分享，可在线阅读，更多相关《关于万兆以太网标准（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、万兆以太网标准 关于万兆以太网标准万兆以太网物理层规格在 IEEE 802.3ae 中定义了万兆以太网物理层规格（PHY）和支持光模块，如下图所示（左）。在以太网标准中，光模块被正式定义为一种物理媒体依赖接口 （PMD）。右图显示了 PMD、PHY 和 MAC（媒体访问控制）在交换路由器板卡上的逻辑设计。万兆以太网 MAC（右图）在服务接口（向 PHY）以 10Gb/s 的速率运行，在 MAC PHY 层之间适应速率，通过调试 Inter-Packet Gaps （IPG）以适应 LAN PHY 和 WAN PHY 的略有不懂的数据速率。速率适应机制在 IEEE 802.3ae 中叫做 Ope

2、n Loop Control。Stack Diagram of 10GE PHYS & PMDs Typical Switch Card Layout万兆以太网物理层规格（PHY）为：连续 LAN PHY连续物理层由 64b/66b 多媒体数字信号编解码器 （译码/解码)配置和serializer/deserializer (SerDes)组成。64b/66b 多媒体数字信号编解码器配置是执行包描绘的块状编码配置。SerDes 为连续光模块或 PMD，在传送器上将16- bit 并行数据路径（每个 644 Mb/s）排序到一个 10.3Gb/s 的连续数据流，并将一个 10.3Gb/s 的连续

3、数据流去序列化到 16-bit 并行数据路径（每个644Mb/s）。连续 WAN PHY连续 WAN PHY 由 WAN 接口子层（WIS）、64b/66b 多媒体数据信号编解码器配置（与上文描述一样）、和 SerDes 组成，SerDes 也与上文描述一样， 除了连续数据流的速度为 9.95Gb/s（OC-192），每个 16-bit 并行数据路径为622Mb/s。WIS 为 SONET framing 和 X7+ X6 + 1 scrambling 专门设计。与SONET OC-192 速度结合，连续 WAN PHY 使万兆以太网能在现有 SONET OC-192 设施和 10Gb/s D

4、ense Wavelength Division Multiplexing （DWDM）光学网络上无中断运行。万兆以太网物理媒体独立接口下表显示了万兆以太 网 PHY 和万兆以太网 PMD 光纤类型和最大确保距离。前四个 PMD 由 IEEE 802.3ae 定义，后两个 PMD 目前市场上可得。凭借新的High-Band Multi-Mode fiber（HDMMF），850nm 连续光模块支持高达 300 米。万兆以太网应用基于不同 PHY 和 PMD 的结合具有 850nm 连续光模块的 LAN/WAN PHY（连续）：Intra POP/数据中心连接具有 1310nm 连续光模块的 W

5、AN PHY（连续）：以太网到 DWDM/SONET OC-192 具有 1550nm 连续光模块的 WAN PHY（连续）：Inter POP/数据中心连接（长距离）在国际标准组织开放式系统互联（OSI）参考模型下，以太网是第二层协议。万兆以太网使用 IEEE 802.3 以太网介质访问控制协议（MAC）、IEEE 802.3 以太网帧格式以及 IEEE 802.3 最小和最大帧尺寸。正如 1000Base-X 和 1000Base-T（千兆以太网）都属于以太网一样，从速度和连接距离上来说，万兆以太网是以太网技术自然发展中的一个阶 段。但是，因为它是一种只适用于全双工模式，并且只能使用光纤的

6、技术，所以它不需要带有冲突检测的载波侦听多路访问协议（CSMA/CD）。除此之外，万 兆以太网与原来的以太网模型完全相同。在以太网中，PHY 表示以太网的物理层设备，它对应于 OSI 模型的第一层。PHY通过连接介质（光纤或铜线）与 MAC 层相连，而 MAC 层对应的是 OSI 模 型中的第二层。在以太网的体系结构中，PHY（第一层）进一步划分为物理介质层（PMD）和物理编码子层（PCS）。例如，光纤收发机属于 PMD，PCS 由编码器和一个并串转换器或复用功能组成。8023ae 规范定义了两种 PHY 类型：局域网 PHY 和广域网 PHY。广域网 PHY 在局域网 PHY 功能的基础上增

7、加了一个扩展特性集。这些 PHY 惟一的区别在 PCS上。同时，PMD 也有多种类型（请参见图 1）。图 2 XAUI 可充当 MAC 和 PCS 之间的一个扩展接口芯片接口（XAUI）在万兆以太网特别工作组的诸多创新中，有一个被称做 XAUI（读作“Zowie”）的接口。其中的“AUI”部分指的是以太网连接单元接口 （Ethernet Attachment Unit Interface）。“X”代表罗马数字 10，它意味着每秒万兆(10Gbps)。XAUI 被设计成一个接口扩展器，它扩展的接口就是 XGMII（与介 质无关的万兆接口）。XGMII 是一个 74 位信号宽度的接口（发送与接收用

8、的数据路径各占 32 位），可用于把以太网 MAC 层与物理层（PHY）相连。在大 多数典型的以太网 MAC 和 PHY 相连的、芯片对芯片的应用中，XAUI 可用来代替或者扩展 XGMII。XAUI 是一种从 1000Base-X 万兆以太网的物理层直接发展而来的低针数、自发时钟串行总线。XAUI 接口的速度为 1000Base-X 的 2.5 倍。通过调整 4 根串行线，这种 4bit 的 XAUI 接口可以支持万兆以太网 10 倍于千兆以太网的数据吞吐量。XAUI 使用与 1000Base-X 同样的 8B/10B 传输编码，并通过印刷电路板上的铜线等常用介质提供高质量的完整数据。XAU

9、I 还包括其他一些优 势：由于采用自发时钟，所以产生的电磁干扰（EMI）极小；具有强大的多位总线变形补偿能力；可实现更远距离的芯片对芯片的传输；具备较强的错误检测和故 障隔离功能；功耗低，能够将 XAUI 输入/输出集成到 CMOS 中等。许多零部件厂商都已经宣布在自己的独立芯片、专用集成电路（ASIC）芯片、甚至 FPGA（可编程门阵列）中提供 XAUI 接口能力。万兆以太网的 XAUI 技术与其他主要的工业标准是相同或相当的，如 InfinaBand、万兆光纤通道以及通用的铜线和光纤主干互连等，这一点可以确保万兆互连技术能够在健康 有序的市场竞争中，以低廉的的成本提供出色的产品。XAUI

10、的具体应用目标包括：从 MAC 到物理层芯片之间的互连，以及从 MAC 到光纤收发器模块之间的直接连接。XAUI 是标准草案建议中万兆可插式光纤模 块（XGP）的接口。将 XAUI 解决方案与 XGP 集成为一体后，万兆以太网的多个端口便可以实现 MAC 与光纤模块之间的互连。这种连接方式成本低、效率 高，而且只需要通过印刷线路的铜导线便可实现 MAC 与光纤模块之间的连接。相关物理介质层（PMD）IEEE 802.3ae 特别工作组已经开发了一个标准草案，它所提供的物理层可以支持光纤传输介质。其连接距离如右表所示。为了达到特定的距离，特别工作组共选择了 4 个 PMD。其中，特别工作组选择了

11、1310 纳米串联 PMD 来实现 2 公里和 10 公里单模式光纤（SMF）的连接； 选择1550 纳米的串联方案来实现（或者超越）40 公里的 SMF 目标。对 40 公里 PMD的支持说明，千兆以太网已经能够成功地应用在城域网和局域网的远距 离通信中。特别工作组还选用串行 850 纳米收发器，在多模光纤上使用 850 纳米的 PMD实现 65 米的传输目标。另外，特别工作组选择了两种宽波分复用（WWDM）的 PMD，其中一种是 1310 纳米的单模光纤，用于 10 公里范围的应用；另一种 1310 纳米 PMD 用于在已安装的多模光纤上实现 300 米的传输目标。物理层（PHY）局域网物

12、理层和广域网物理层将在共同的 PMD 上工作，因此，它们支持的距离也相同。这些物理层的惟一区别在于物理编码子层（PCS）各有不同。万兆局域网 物理层的用途是以 10 倍的带宽来支持现有的千兆以太网应用，这也是目前性价比最高的解决方案。随着时间的推移，预计 LAN PHY 将被用于纯光纤交换网络环境中，并且可以扩展到广域网的范围。然而，为了能与现有的广域网兼容，万兆以太网 WAN PHY 将会支持现有的和未来将要安装的 SONET/SDH（同步光纤网络/同步数字层）电路交换话音接入设备。广域网物理层（WAN PHY）与局域网物理层（LAN PHY）的区别在于广域网接口子层（WIS）包含一个简化的

13、 SONET/SDH 帧编制器。因为 SONET OC-192/SDH STM-64 的运行速率只有万兆以太网的百分之几，所以要想实施一个能够与局域网物理层以 10Gbps 和谐工作的 MAC 也较为简单；同样，也可以以较为简 单的方式实施能够与广域网物理层配合工作的 MAC，其有效速率大约为 9.29Gbps。为了降低广域网物理层在实施过程中的成本，工作组没有实现物理层与SONET/SDH 波动、分层时钟，以及某些光纤规格兼容。从根本上来说，广域网物理层 是使用通用以太网 PMD 实现的高性价比连接。它可以向 SONET/SDH 基础设施提供访问能力，使基于包的 IP/以太网交换机可以附加至

14、 SONET/SDH 和时分复用（TDM）基础设施上。在广域网传输主干网上，这一特性使得以太网可以将SONET/SDH 作为其第一传输层。还有一点需要指出的是，以太网仍然是一种异步连接。与任何以太网一样，万兆以太网的计时和同步工作在每个字符的数据位流中进行，但是接收端的集线器、交换 机或路由器可能会对数据进行重新计时和同步。相比之下，同步协议，包括 SONET/SDH 在内，要求所有设备共享同一系统时钟，其目的是避免在传送和接收 设备之间出现时间错乱。因为如果发生时间错乱，网络传输过程中的错误会增多，特别对于那些需要及时传输数据的网络来说，时间错乱是最为致命的问题。表 工作组确定光纤传输的目标

15、距离可选收发机 所支持的光纤型号 目标距离(米)850nm 串行 多模 651310nmWWDM 多模 3001310nmWWDM 单模 100001310nm 串行 单模 100001550nm 串行 单模 40000广域网物理层将诸如交换机或路由器这样的数据设备连入 SONET/SDH 或光纤网络中。这样便可以以最简单的方式对以上网络中的以太网进行扩展。因此，两 台路由器在工作时就好像它们是通过以太网链路直接连在一起的。由于在它们之间不需要网桥或存储转发缓存设备，所以，不同服务中所有的 IP 流量管理系统都是 在连接两台路由器的扩展万兆以太网链路中运行的。为简化扩展万兆以太网链路的管理工作，广域网物理层可以提供多种 SONET/SDH管理信息，网络管理员能够像查看 SONET/SDH 链路一样，查看以太 广域网物理层的信息。网络管理员还可以利用 SONET/SDH 管理功能，在整个网络中进行性能监测和错误隔离操作，操作对象包括万兆以太网广域网链路。 SONET/SDH 管理信息是由广域网接口子层（WIS）提供的，WIS 的工作范围介于局域网物理层的 64B/66B PCS 和串行 PMD 层之间。