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10Gbps以太网的特点

归档日期:07-02       文本归类:帧尾定界符      文章编辑:爱尚语录

  2002年6月12日,网络界期待已久的万兆以太网标准被IEEE(802.3ae)正式通过。在IEEE以太网标准工作组织的网站上,我们看到了802.3ae工业标准被“approved”的鲜明字样。这是工业界第一个...

  2002年6月12日,网络界期待已久的万兆以太网标准被IEEE(802.3ae)正式通过。在IEEE以太网标准工作组织的网站上,我们看到了802.3ae工业标准被“approved”的鲜明字样。这是工业界第一个纯光纤的以太网,数据传输率达到10Gbps,开创了新一代以太网时代。

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  以太网采用CSMA/CD机制,即带碰撞检测的载波监听多重访问。千兆以太网接口基本应用在点到点线路,不再共享带宽。碰撞检测,载波监听和多重访问已不再重要。千兆以太网与传统低速以太网最大的相似之处在于采用相同的以太网帧结构。万兆以太网技术与千兆以太网类似,仍然保留了以太网帧结构。通过不同的编码方式或波分复用提供10Gbit/s传输速度。所以就其本质而言,10G以太网仍是以太网的一种类型。

  PMD子层的功能是支持在PMA子层和介质之间交换串行化的符号代码位。PMD子层将这些电信号转换成适合于在某种特定介质上传输的形式。PMD是物理层的最低子层,标准中规定物理层负责从介质上发送和接收信号。

  PMA子层提供了PCS和PMD层之间的串行化服务接口。和PCS子层的连接称为PMA服务接口。另外PMA子层还从接收位流中分离出用于对接收到的数据进行正确的符号对齐(定界)的符号定时时钟。

  WIS子层是可选的物理子层,可用在PMA与PCS之间,产生适配ANSI定义的SONET STS-192c传输格式或ITU定义SDH VC-4-64c容器速率的以太网数据流。该速率数据流可以直接映射到传输层而不需要高层处理。

  PCS子层位于协调子层(通过GMII)和物理介质接入层(PMA)子层之间。PCS子层完成将经过完善定义的以太网MAC功能映射到现存的编码和物理层信号系统的功能上去。PCS子层和上层RS/MAC的接口由XGMII提供,与下层PMA接口使用PMA服务接口。

  协调子层的功能是将XGMII的通路数据和相关控制信号映射到原始PLS服务接口定义(MAC/PLS)接口上。XGMII接口提供了10Gbit/s的MAC和物理层间的逻辑接口。XGMII和协调子层使MAC可以连接到不同类型的物理介质上。

  由于10G以太网实质上是高速以太网,所以为了与传统的以太网兼容必须采用传统以太网的帧格式承载业务。为了达到10Gbit/s的高速率可以采用OC-192c帧格式传输。这就需要在物理子层实现从以太网帧到OC-192c帧格式的映射功能。同时,由于以太网的原设计是面向局域网的,网络管理功能较弱,传输距离短并且其物理线路没有任何保护措施。当以太网作为广域网进行长距离、高速率传输时必然会导致线路信号频率和相位产生较大的抖动,而且以太网的传输是异步的,在接收端实现信号同步比较困难。因此,如果以太网帧要在广域网中传输,需要对以太网帧格式进行修改。

  以太网一般利用物理层中特殊的10B(Byte)代码实现帧定界的。当MAC层有数据需要发送时,PCS子层对这些数据进行8B/10B编码,当发现帧头和帧尾时,自动添加特殊的码组SFD(帧起始定界符)和EFD(帧结束定界符);当PCS子层收到来自底层的10B编码数据时,可很容易地根据SFD和EFD找到帧的起始和结束从而完成帧定界。但是SDH中承载的千兆以太网帧定界不同于标准的千兆以太网帧定界,因为复用的数据已经恢复成8B编码的码组,去掉了SFD和EFD。如果只利用千兆以太网的前导(Preamble)和帧起始定界符(SFD)进行帧定界,由于信息数据中出现与前导和帧起始定界符相同码组的概率较大,采用这样的帧定界策略可能会造成接收端始终无法进行正确的以太网帧定界。为了避免上述情况,10G以太网采用了HEC策略。

  IEEE802.3 HSSG小组为此提出了修改千兆以太网帧格式的建议,在以太网帧中添加了长度域和HEC域。为了在定帧过程中方便查找下一个帧位置,同时由于最大帧长为1518字节,则最少需要11个比特(=2048),所以在复接MAC帧的过程中用两个字节替换前导头两个字节作为长度字段,然后对这8个字节进行CRC-16校验,将最后得到的两个字节作为HEC插入SFD之后。

  10G WAN物理层并不是简单的将以太网MAC帧用OC-192c承载。虽然借鉴了OC-192c的块状帧结构、指针、映射以及分层的开销,但是在SDH帧结构的基础上做了大量的简化,使得修改后的以太网对抖动不敏感,对时钟的要求不高。具体表现在:减少了许多开销字节,仅采用了帧定位字节A1和A2、段层误码监视B1、踪迹字节J0、同步状态字节S1、保护倒换字节K1和K2以及备用字节Z0,对没有定义或没有使用的字节填充00000000。减少了许多不必要的开销,简化了SDH帧结构,与千兆以太网相比,增强了物理层的网络管理和维护,可在物理线路上实现保护倒换。其次,避免了繁琐的同步复用,信号不是从低速率复用成高速率流,而是直接映射到OC-192c净负荷中。

  10G以太局域网和10G以太广域网(采用OC-192c)物理层的速率不同,10G以太局域网的数据率为10Gbit/s,而10G以太广域网的数据率为9.58464Gbit/s(SDH OC-192c,是PCS层未编码前的速率),但是两种速率的物理层共用一个MAC层,MAC层的工作速率为10Gbit/s。采用什么样的调整策略将10GMII接口的10Gbit/s传输速率降低,使之与物理层的传输速率9.58464Gbit/s相匹配,是10G以太广域网需要解决的问题。目前将10Gbit/s速率适配为9.58464Gbit/s的OC-192c的调整策略有3种:

  利用“Busy idle”,物理层向MAC层在IPG期间发送“Busy idle”,MAC层收到后,暂停发送数据。物理层向MAC层在IPG期间发送“Normal idle”, MAC层收到后,重新发送数据;

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