搜索
以太网物理层一致性测试方案邓锦辉泰克电子(中国)有限公司产品技术经理ronald.dung@tektronix.com10BaseT100BaseTX1000BaseT##41972年Metcalf与他在XeroxPARC的同事们，在研究如何将XeroxAltos工作站与其他XeroxAltos工作站以及服务器和雷射打印机相互联网,成功实现了2.94Mb/s的数据传输率,并命名为AltoAloha网络。1973年Metcalf将此延伸至支持其他的计算机类型,并改名为Ethernet,因Ether以太,曾被科学家认为是电磁波在真空中的传输介质。而Ethernet以太网的意思，就是数据传输的网络。如此,以太网便诞生了。1976年,Metcalf拿了专利,并邀请了Intel与Digital成立了DIXgroup,并在1989年,演变成了IEEE802标准。基本上IEEE802.3是OSI第二层的协议，负责链路的接入管理与流量控制。IEEE802.3物理层可以通过不同的介质来实现，包括，3类，4类，5类线（STP屏障与UTP不屏障双绞线），同轴铜线，多模与单模光纤等等。以太网的源起与发展RobertMetcalf’s的以太网构想:IEEE802.3以太网的物理层种类:##IEEE802.3标准4IEEE802.3定于1985410Base5–又名ThickNet–使用Thick同轴线为传输载体410Base2–又名ThinNet–使用Thin(RG58)同轴线线为传输载体4IEEE802.3i定于1990410BaseT–使用2对UTP不屏障双绞线或STP屏障双绞线为传输载体410Base-THD–HalfDuplexMode半双工模式410Base-TFD–FullDuplexMode全双工模式4IEEE802.3u定于1995–又名FastEthernet,FE–100MHz数据传输率,有3种标准:4100BaseT2-使用3,4或5类UTP不屏障双绞线的2对线为传输载体,支持全双工(FullDuplex)–现时已甚少采用4100BaseT4-使用3,4或5类UTP不屏障双绞线的4对线为传输载体,只支持半双工(HalfDuplex)–现时已甚少采用4100BaseTx–使用5类UTP不屏障双绞线或STP屏障双绞线的2对线为传输载体,是最常用的一种技术。4100BaseFx-使用2对光纤为传输载体4IEEE802.3z定于1998–GigabitEthernet,GbE千兆以太网–使用光纤为传输载体41000Base-SX-使用850nm波长激光,多模光纤为传输载体,短距离41000Base-LX-使用1310nm波长激光,单,多模光纤为传输媒体,长距离4IEEE802.3ab定于1999–1000BaseT-使用5类UTP不屏障双绞线的4对线为传输媒体4IEEE802.3ae定于2001–10GigabitEthernet410GBase-R–LANPHY–10G局域网物理层,是1000base-X的演进410GBase-W–WANPHY-10G广域网物理层，与SONETSTS-192c和SDHVC-4-64c兼容，10G以太网电数据能完善地插入SONETSTS-192c和SDHVC-4-64c的Payload载体里4IEEE802.3af4DTEPowerviaMDI(MediaDependentInterface)：发送端透过以太网向远端设备供电##以太网的物理层410BaseT4PLS(PhysicalLayerSignaling)–负责通道编码,使用Manchester编码方法,即”0”=由”+”跳跃到”-“,“1”=由”-“跳跃到”+”,因为不论是”0”或是”1”,都有跳变,所以总体来说,信号是DC平衡的,并且接收端很容易就能从信号的跳变周期中恢复时钟.4MAU(MediaAttachmentUnit)–即10BaseT的物理层,而物理层的载体可以是光纤，同轴线或双绞线等.MAU负责按着不同的物理层载体,驱动信号在载体中传送.4AUI(AttachmentUnitInterface)－有些DTE数据终端机没有内置MAU物理层功能,而AUI便是DTE与MAU之间的接口，使DTE与MAU之间能够使用不长于50M的AUI缆线相连,目的是使MAU的设计变得更简单与便宜．##以太网的物理层4100BaseTx4PCS(PhysicalCodingSublayer)–在100Mb/s速度或以上的以太网物理层里才采用－负责通道编码：4例:100Base-X(包括100BaseTX与100Base-FX)采用4B/5B编码/解码:PCS将接收MII接口输入的100Mb/s码流，每4Bit编译成5Bit码，将原来的100Mb/s编译成125Mbp/s,向MDI接口输出.解码过程相同)因24只有16个组合,而25则有32个组合,多出的16个组合,其中3个将会用作为ControlCode控制码-1个用作”IDLE”=“11111”,2个用作SOF(StartOfFrame:“J”=“11000”,“K”=“10001”,“J”与“K”成对的使用),2个用作EOF(EndOfFrame:“T”=“01101”,“R”=“00111”,“T”与“R”成对的使用),参看以下页PCS–MII对照表(PCS按此作编码与解码):##以太网的物理层4100BaseTxMII层4bit的输入,PCS层会编译成5bitCode-Group的输出.上图为4B/5B编码对照表4PMA(PhysicalMediaAttachmen)4从PMD所输入的NRZI码流中,恢复时钟4产生控制信号告知PCS层有关PMD可使用状况4SerDes串并处理PCS码组合由5B变成串行,发送到PMD,反之则从PMD的NRZI码流中并行化为PCS5B码组合4PMD(PhysicalMediaDependent)-规范里没有定义PMD与MDI的指标,而100Base-FX是取用了FDDI-ISO/IEC9314-3:1990规范里对PMD与MDI的定义(FiberPMD);100Base-Tx则是用了FDDI-ANSIX3.263-1995规范里对PMD与MDI的定义(TP-PMD).##以太网的物理层4100BaseTx4因为通常100Base-Tx的PMD是使用Cat5,5类线的,按TIA/EIA-568-A定义,只能达到100MHz,而当PCS层将计4Bit编译成5Bit时,使100Mb/s数据流变成125Mb/s数据流,所以100BaseX同时采用了MLT-3通道编码方法,使MDI的5Bit输出的频率降低了(因为比较10BaseT来说,MLT-3定义只有数据是“1”时,数据信号状态才跳变,“0”则保持状态不变,以减低信号跳变的频率,从而减低信号的频率)“1”=状态跳变;“0”=保持状态不变,使整体信号频率降低.3-LevelMultipleLevelTransitionEncodingMLT-3编码方法例：100Base-Tx的MAC层在数据帧与帧之间，会插入IDLE帧(IDLE=“11111”),告诉网上所连接的终端，链路在闲置但正常的工作状态中(按CSMA/CD,DTE数据终端机会检测链路上是否空闲，才会发送数据)．所以，事实上链路绝大部分时间，以IDLE“11111”为主．5BitIDLE“11111”若每1个“1”都跳变的话，MDI信号的频率将会是125MHz，但是经过MLT-3编码后,使原来的125MHz变成31.25MHz的MLT-3信号,使频率变成只有原来的1/4.但是,FCC要求以太网不能产生过大的EMI,因为链路绝大部分时间是传输IDLE,MLT-3会使频率集中在31.25MHz范围.有鉴于此,在MLT-3编码之前,PCS层会对数据流进行伪随机的Scrambling扰码,使”11111”的”1”分散,同时将能量与频谱扩散.(注意:规范测试100BaseTx与1000BaseT时,使用31.25MHz的正弦波作为干扰源)MLT-3的眼图–所有+1,0,-1,3个电平.##以太网的物理层4100BaseFx4只有100Base-Tx才采用MLT-3与Scrambling,在100Base-Fx并不使用MLT-3与Scrambling,但是两者都使用4B/5B编解码.因为通过4B/5B编解码,鉴定能够产生额外的ControlCodes作控制用,而MLT-3主要为了减低信号的频率,Scrambling减低信号的EMI,都是因为100Base-Tx采用Cat5线,带宽受到限制,按TIA/EIA-568-A是100MHz上限,所以才使用MLT-3减低信号的频率.但是100Base-Fx使用的却是光纤,有足够的带宽,并且光信号并不产生EMI干扰,所以在100Base-Fx里,并没有采用MLT-3与Scrambling##以太网的物理层41000BaseT4PCS(PhysicalCodingSublayer)–进行研8B/10B编码:8位数据被分为两个子块(Sub_block)，低5位e,d,c,b,a用x来表示，高3位h,g,f用y表示，输入数据可以表示为/Dx.y/,x与y分别用相应块的十进制数来表示。例如：/D0.0/=00000000，/D6.2/=01000110,/D30.6/=11011101.除了用来传输数据的D字符外，还有12个特殊字符，为K字符，用来做控制和协议传输，K字符的表示方式和D字符相同,/K28.5/=10111100.4另外1000BaseT使用4D-PAM5通道编码方法，来实现1000Mb/s的传输带宽##以太网的物理层41000BaseT采用了UTP里所有的4对线，并且同时收发，在全双工的模式下，加上使用4D-PAM5编码方法实现1000MB/s的数据传输率4每对线的数据率为100Mb/s,经8B/10B编码后变为125Mb/s。4对线的总带宽为4X125=500Mb/s4使用4D-PAM5编码方法，2bit为1Baud传送，实现1000MB/sMLT-34D-PAM54D-PAM5编码方法，+2，+1，0，-1，-2共5个幅度对每2bit进行编码41000BaseT##4市场因素:上互联网的人数越来越多,多种新的应用的兴起,如存储网络,互联网数据中心,CAD/CAM,多媒体与视频点播,远程医疗或遥距课程等应用的兴起,都需要大量的带宽,对于首公里接入网与城域网的带宽要求甚殷,高速的数据传送,意味着PC,Server的LAN接口速度需要提升以应付这些新兴的应用。同时由于半导体行业的迅速发展,每1000BaseT的端口价格,由2000年Q3的US$544/每端口,急剧下滑到US$90/每端口,使1000BaseT瞬间成为热潮。1000BaseT的市场与发展##1000BaseT的市场与发展Intel2002FallIDF时对以太网市场的预测:##1000BaseT的典型应用##4速度－比100BaseT增加了10倍的数据传输率，增加了网络的带宽，支持实时需要大量带宽的应用4兼容性－自协商Auto-Negotiation,与100BaseT和10BaseT兼容，使用与100BaseT和10BaseT相同的５类UTP不屏障双绞线线为传输媒体4成本－使用100BaseT和10BaseT相同的协议信令，能沿用原有的软件与协议盏，实现简单的集成，也不必对人员重新做成培训，直接减低过渡成本．比同类的竞争技术所需投入的成本都要低。1000BaseT的优点##1000BaseT的技术挑战EMIJitterSpeedEnergySpeed更快速度的挑战41000BaseT数据传输带宽比100BaseTx快10倍4全双工,数据同时收发,邻道干扰比100BaseTx更厉害48B/10B编码比100BaseTx的4B/5B更复杂的编码方法44D-PAM5比100BaseTx的MLT-3更复杂的信道编码方法43ns的快速上升时间4兼容100BaseT