千兆以太網(wǎng)與六類布線

1997年9月， ISO/IEC JTC1 SC25 WG3 標準委員會決定為ISO 118
01的下一版本開發(fā)兩種新型電纜， 這兩種新型電纜按性能分為六
類/E級和七類/F級。該決定引起了布線工業(yè)及一些標準委員會
(特別是美國TIA/EIA組織及歐洲CENELEC)的極大興趣。
除了布線標準委員會開展的這些工作之外， 局域網(wǎng)標準委員會也
在開發(fā)在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)化電纜系統(tǒng)上實現(xiàn)千兆位傳輸?shù)募夹g(shù)。 1996年
開始研究的IEEE802.3千兆位以太網(wǎng)作為一種特殊的局域網(wǎng)技術(shù)引
起了網(wǎng)絡(luò)工業(yè)界的廣泛關(guān)注。 IEEE802.3委員會所面對的最具挑
戰(zhàn)性的工作是開發(fā)出一種能夠在現(xiàn)有五類/D級系統(tǒng)上運行的可靠
而且魯棒的千兆位以太網(wǎng)技術(shù)。
眾所周知,以太網(wǎng)技術(shù)與布線技術(shù)緊密相聯(lián)系，那么千兆位以太網(wǎng)
技術(shù)是如何發(fā)展以支持新一代電纜， 特別是建議中的六類線/E類電纜的呢?
IEEE 802.3 千兆以太網(wǎng)
千兆以太網(wǎng)項目開始于1996年，目前已完成了大量工作。千兆位以太網(wǎng)項目的主要目的是為骨干網(wǎng)絡(luò)提供1
Gbps的帶寬， 并為現(xiàn)有快速以太網(wǎng)提供自然升級的辦法，同時要盡可能地利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)管理工具和相應(yīng)
的培訓。
在局域網(wǎng)中為了維持直徑為200米的最大碰撞區(qū)域，最小CSMA/CD載波時間, 以太網(wǎng)時間片已從目前的512比
特擴展到512字節(jié)(4096比特)，最小信息包大小仍為64字節(jié)。 載波擴展特性在不修改最小包尺寸的條件下
解決了CSMA/CD固有的時序問題。雖然這些改變可能會影響到小信息包的性能， 然而這種影響已經(jīng)被CSM/C
D算法中稱作信息包突發(fā)傳送的特性所抵消。
為了縮小千兆以太網(wǎng)產(chǎn)品進入市場的時間， 標準中1000BASE－SX， －LX 和 －CX版本都能適應(yīng)目前經(jīng)過
時間考驗的 Fiber Channel技術(shù)。 即采用8B10 NRZ (不歸零制) 編碼方式 ，提供1.25Gbaud的有效波特
率， 因此能提供全速1Gbps的數(shù)據(jù)速率。
1000BASE－SX 系列采用低成本短波的CD（compact disc，光盤激光器) 或者 VCSEL(Vertical Cavity Sur
face Emitting Laser，垂直腔體表面發(fā)光激光器)發(fā)送器， 而1000BASE－LX系列則使用相對昂貴的長波激
光器。 1000BASE－CX系列則打算在配線間使用短跳線電纜把高性能服務(wù)器和高速外圍設(shè)備連接起來。
1000BASE－T系列是支持大量已安裝的五類布線系統(tǒng)的新設(shè)計。 為了克服5類線的缺陷而運用了復雜的數(shù)字
信號處理 (DSP) 技術(shù)。 1000BASE－T在傳輸中使用了全部4對雙絞線并工作在全雙工模式下。 這種設(shè)計采
用 PAM－5 (5級脈沖放大調(diào)制) 編碼在每個線對上傳輸 250 Mbps。 雙向傳輸要求所有的四個線對收發(fā)器
端口必須使用混合磁場線路，因為無法提供完美的混合磁場線路， 所以無法完全隔離發(fā)送和接收電路。任
何發(fā)送與接受線路都會對設(shè)備發(fā)生回波。因此， 要達到要求的10－10的錯誤率（BER）就必須抵消回波。1
000BASE－T無法對頻率集中在125MHz之上的頻段進行過濾， 但是使用擾頻技術(shù)和網(wǎng)格編碼能對80MHz之后
的頻段進行過濾。為了解決五類線在如此之高的頻率范圍內(nèi)因近端串擾 (在PSNEXT的情況下)而受到的限
制，應(yīng)該采用合適的方案來抵消串擾。使用網(wǎng)格編碼可以增強抗干擾能力， 這一結(jié)論對上面的所有情況都
適用。
最終用戶可能會為使用什么樣的電纜來支持1000BASE－T而感到困惑。盡管這種技術(shù)支持已安裝5類線系
統(tǒng)， 需要特別指出的是新增加的布線傳輸參數(shù)也必須要令人滿意。這些參數(shù)包括回波損耗，等級遠端串擾
（ELFEXT）， 傳播延遲和延時畸變。因此，如果電纜滿足5類線（1998）或者超5類線的要求，那么它將支
持1000BASE－T。 如果已安裝的電纜僅滿足5類線標準(1995)， 那么，在連接1000BASE－T設(shè)備之前， 應(yīng)
對布線系統(tǒng)按照新增加的布線參數(shù)進行測量和認證 。
需要6類布線嗎 ?
目前布線行業(yè)中對是否需要六類布線的爭論很多 (即使在當前的草案階段)為了正確分析， 讓我們回頭看
看1992年3類布線盛行、而5類布線僅剛提出時的情形。 廉價的10Mbps是為運行以太網(wǎng)(10 BASE－T) 和25
Mbps ATM 局域網(wǎng)而在三類布線的基礎(chǔ)之上研制的。 100BASE－T2和 155.5 Mbps CAP64 ATM 局域網(wǎng)要求使
用復雜的DSP技術(shù)以克服三類布線的局限性。 隨著5類布線被眾多最終用戶采用，廉價的100Mbps(100BASE
－TX)以太網(wǎng)和 155.5Mbps NRZ ATM局域網(wǎng)也得以發(fā)展并在五類布線的基礎(chǔ)上得到了更好的性能。
實際情況表明: 使用三類布線運行100BASE－T4時每個用戶連接的全部費用（例如從路由器到網(wǎng)卡， 包括
電纜在內(nèi)）為164英鎊，而在五類布線的基礎(chǔ)上實現(xiàn)100BASE－TX僅需費用132英鎊，相比之下， 平均每個
用戶連接費用節(jié)省24％。
毫無疑問,同樣的發(fā)展將再次發(fā)生在1000BASE－T局域網(wǎng)技術(shù)上，由于1000BASE－TX設(shè)計采用兩對線對發(fā)
送、 兩對接收的工作方式，因此不需要全雙工模式下的回波抵消。為了縮短進入市場的時間， 將選擇100
BASE－TX使用的MLT－ 3編碼方式， MLT－3的帶寬效率為每 赫茲4 比特，因此頻寬為125MHz。 這很好地
限制在六類布線的NEXT和PSNEXT范圍內(nèi)，因此串擾抵消就是不必要的。就目前的半導體技術(shù)水平來看， 不
使用回波及串擾抵消器件將至少減少1000BASE－TX 設(shè)計的50％的整體復雜性 (與目前的1000BASE－T設(shè)計
相比 )。網(wǎng)格編碼技術(shù)可能還需改進以確保符合電磁兼容性（EMC）要求。
引申開來，如果數(shù)據(jù)比率從每對500 Mbps提高到600 Mbps， 那么這種設(shè)計就可以用于1.2 Gbps系統(tǒng) 。 因
此，六類布線不僅可以降低支持千兆以太網(wǎng)的電子設(shè)備的費用， 同時也為今后可能超過1Gbps 的局域網(wǎng)技
術(shù)提供了基本設(shè)施保障。
布線基礎(chǔ)設(shè)施的投資將被認為是一種長期投資，布線設(shè)施本身也應(yīng)作為一種資產(chǎn)。 根據(jù)國際布線標準ISO
11801， 一個布線系統(tǒng)的期望壽命至少為10年。在這段時間內(nèi)， PC技術(shù)將取得巨大的發(fā)展。就目前而言，
桌面系統(tǒng)雖然還沒有用到1Gbps的需求， 但是這主要是由于當前PC內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)限制造成的，因為總線決
定處理器和內(nèi)存以及其他外圍設(shè)備 （例如網(wǎng)卡）之間的的數(shù)據(jù)交換速率。著名的摩爾定律預言芯片上的晶
體管數(shù)目每過18個月就增加一倍。 這一經(jīng)常被用來描述PC處理器性能的增長速度，也就是說，每過18個月
PC的性能就要提高一倍。 基于這些事實，也許三年內(nèi)臺式PC中就會出現(xiàn)PCI 2總線。以此類推，在布線系
統(tǒng)的生命周期內(nèi)， 1000BASE－TX技術(shù)應(yīng)用到桌面系統(tǒng)是非常可能的。
可能的應(yīng)用
讓我們想一下那些應(yīng)用會需要如此巨大的吞吐量吧。多媒體應(yīng)用正在成為臺式PC的基本要求。 Intel 推出
了MMX (MultiMedia Exchange,多媒體交換)技術(shù)，該技術(shù)將極大推動多媒體應(yīng) 用。 多媒體商務(wù)和多媒體
信息傳遞的出現(xiàn)戲劇性地影響了局域網(wǎng)的設(shè)計。 將來多媒體商務(wù)應(yīng)用將必然要求更高帶寬和更低的響應(yīng)時
間以達到令人滿意的性能。按Intel的說法， 未來的計算機商務(wù)將是屏幕之間的交流，商業(yè)建立在采用Int
el結(jié)構(gòu)的可視連接PC （Visual Connected PC，VCPC）之間。1997年推出的AGP(加速圖形接口)接口支持 M
MX技術(shù)， 用于低成本、高性能的3D圖形應(yīng)用。隨著低成本的DVD（Digital Versatile Disk，數(shù)字式通用
磁盤） 的出現(xiàn)，掃描儀和數(shù)字照相機將為用戶帶來一種全新的互動式的，直覺和生活化的計算機體驗，
用戶可以把自己獨特的的可視數(shù)據(jù)輸入軟件中去。文件尺寸將急劇增大， 出現(xiàn)大量位圖圖形以及圖片用來
引導操作，使得文件、文檔更為有趣并更加用友好。 可視計算將要求提供比目前局域網(wǎng)更高帶寬。
結(jié)　論
過去五年中IT(信息技術(shù))工業(yè)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面取得了 巨大發(fā)展和長足進步。 越來越多的最終用戶進入網(wǎng)
絡(luò)，這促進了復雜和基于事務(wù)的應(yīng)用軟件的發(fā)展。 PC機性能的增強與數(shù)字信號處理能力的成倍增加， 以
及硅片的儲存能力的加大為軟件開發(fā)商開發(fā)要求大量帶寬的應(yīng)用軟件創(chuàng)造了新的商機。 結(jié)果必然導致文件
尺寸迅速增加。所有這些趨勢都對網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。 布線基礎(chǔ)設(shè)施是其中樞神經(jīng)系統(tǒng)，必須保證其
高效運行并且要避免網(wǎng)絡(luò)癱瘓。這樣， 最終用戶至少要選擇超5類線以保證網(wǎng)絡(luò)的正常工作，對于新安裝
的系統(tǒng)推薦使用6類線， 這將保證千兆位以太網(wǎng)技術(shù)可以經(jīng)濟地滿足目前和將來的需要。