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舊 2004-01-05, 05:08 PM   #1
psac
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預設 千兆乙太網與六類怖線

1997年9月,ISO/IEC JTC1 SC25 WG3 標準委員會決定為 ISO 11801 的下一版本開發兩種新型電纜,這兩種新型電纜按效能分為六類(E級)和七類(F級)。

該決定引起了布線工業及一些標準委員會(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,區域網路標準委員會也在開發在現有結構化布線系統上實現千兆位傳輸的技術。

1996年開始研究的 IEEE802.3 千兆位乙太網作為一種特殊的區域網路技術引起了網路工業界的廣泛關注。

IEEE802.3 委員會所面對的最具挑戰性的工作是開發出一種能夠在現有 5 類(D級)系統上執行的可靠與穩定的千兆位乙太網技術。

  眾所周知,乙太網技術與布線技術緊密相聯繫,那麼千兆位乙太網技術是如何發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 千兆乙太網



  千兆乙太網專案開始於 1996年,目前已完成了大量的工作。千兆位乙太網專案的主要目的是為骨幹網路提供 1Gbps 的帶寬,並為現有快速乙太網提供自然昇級的辦法,同時要盡可能地利用現有的網路系統管理工具和相應的培訓。

  在區域網路中為了維持直徑為 200m 的最大衝突區域、 最小 CSMA/CD 載波時間,乙太網時間片已從目前的 512比特擴展到 512字元(4096比特),最小信息包大小仍為 64字元。

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效能,然而這種影響已經被 CSMA/CD 算法中稱作信息包突發傳送的特性所抵消。

  為了縮小千兆乙太網產品進入市場的時間,標準中 1000Base-SX、1000Base-LX、1000Base-CX 版本都能適應目前經過時間考驗的 Fiber Channel技術。即採用 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 的資料速率。

1000Base-SX 系列採用低成本短波的CD(compact disc)或 VCSEL 傳送器
1000Base-LX系列使用相對昂貴的長波雷射器
1000Base-CX系列則打算在配線間使用短跳線電纜把高效能伺服器和高速外圍設備連接起來
  1000Base-T系列是支持大量已安裝的 5 類布線系統的新設計。

為了克服 5 類線的缺陷而運用了複雜的數位信號處理 DSP 技術。


1000Base-T 在傳輸中使用了全部 4 對雙絞線並工作在全雙工模式下,因此新增加的參數例如回波損耗以及遠端串擾(FEXT)等就顯得重要起來。

這種設計採用 PAM-5 (5級脈衝放大調製) 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器連接埠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,所以無法完全隔離傳送和接收電路。任何傳送與接受線路都會對設備發生回波。


因此,要達到要求的10-10的錯誤率(BER)就必須抵消回波。1000Base-T 無法對頻率集中在 125MHz之上的頻段進行過濾,但是使用擾頻技術和網格編碼能對 80MHz 之後的頻段進行過濾。

為了解決五類線在如此之高的頻率範圍內因近端串擾 (在PSNEXT的情況下)而受到的限制,應該採用合適的方案來抵消串擾。使用網格編碼可以增強抗干擾能力,這一結論對上面的所有情況都適用。

  最終用戶可能會為使用什麼樣的電纜來支持 1000Base-T 而感到困惑。儘管這種技術支持已安裝 5 類線系統,需要特別指出的是新增加的布線傳輸參數也必須要令人滿意。

這些參數包括回波損耗,等效遠端串擾(ELFEXT),傳播延遲和延時偏移。

因此,如果電纜滿足新 5 類線(Cat.5N)或者超 5 類線(Cat.5E)的要求,那麼它將支持1000Base-T。

如果已安裝的電纜僅滿足 5 類線標準(TSB-67, 1995.9), 那麼,在連接 1000Base-T 設備之前,應對布線系統按照新增加的布線參數進行認證測試。

  

需要6類布線嗎 ?

  目前布線行業中對是否需要六類布線的爭論很多(即使在當前六類標準仍在草案階段下)。

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 是為執行乙太網 10Base-T 和 25Mbps ATM 區域網路而在三類布線的基礎之上研製的。


當乙太網的比特率增加到 100 Mbps, ATM 區域網路增長為155Mbps時,為了在三類布線的基礎上支持這些區域網路技術,電子設備不得不提高其複雜性與成本。

100Base-T4, 100Base-T2 和 155Mbps CAP64 ATM 區域網路要求使用複雜的 DSP 技術以克服三類布線的局限性。

隨著5類布線被眾多最終用戶採用,廉價的 100Mbps (100Base-TX)乙太網和 155Mbps NRZ ATM 區域網路也得以發展並在五類布線的基礎上得到了更好的效能。

  實際情況表明: 使用三類布線執行 100Base-T4 時每個用戶連接的全部費用(例如從路由器到網路卡,包括電纜在內)與在五類布線的基礎上實現 100Base-TX 相比平均每個用戶連接費用節省 24%。

  毫無疑問,同樣的發展將再次發生在 1000Base-T 區域網路技術上,由於 1000Base-TX 設計採用兩對線對傳送、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,將選項 100Base-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 125 MHz。

這很好地限制在六類布線的 NEXT 和 PSNEXT 範圍內,因此串擾抵消就是不必要的。就目前的半導體技術水準來看,不使用回波及串擾抵消器件將至少減少 1000Base-TX 設計的 50% 的整體複雜性 (與目前的1000Base-T設計相比 )。網格編碼技術可能還需改進以確保符合電磁相容性(EMC)要求。

  引申開來,如果資料頻率從每對 500Mbps 提高到 600Mbps,那麼這種設計就可以用於1.2Gbps 系統。

因此,六類布線不僅可以降低支持千兆乙太網的電子設備的費用,同時也為今後可能超過 1Gbps 的區域網路技術提供了基本設施保障。

  布線基礎設施的投資將被認為是一種長期投資,布線設施本身也應作為一種資產。根據國際布線標準 ISO 11801,一個布線系統的期望壽命至少為 10 年。在這段時間內,PC 技術將取得巨大的發展。就目前而言,桌面系統雖然還沒有用到 1Gbps 的需求,但是這主要是由於當前 PC 內部總線結構限製造成的,因為總線決定處理器和記憶體以及其他外圍設備(例如網路卡)之間的的資料交換速率。


著名的摩爾定律預言晶片上的晶體管數目每過 18 個月就增加一倍。

這一經常被用來描述 PC 處理器效能的增長速度,也就是說,每過 18 個月 PC 的效能就要提高一倍。


關於這些事實,也許三年內台式 PC 中就會出現 "PCI 2" 總線。以此類推,在布線系統的生命週期內,1000Base-TX 技術套用到桌面系統是非常可能的。



可能的套用



  讓我們想一下那些套用會需要如此巨大的吞吐量吧。多媒體套用正在成為台式 PC 的基本要求。

Intel 推出了 MMX 技術,該技術將極大推動多媒體套用。多媒體商務和多媒體信息傳遞的出現戲劇性地影響了區域網路的設計。

將來多媒體商務套用將必然要求更高帶寬和更低的回應時間以達到令人滿意的效能。按 Intel的說法,未來的電腦商務將是螢幕之間的交流,商業建立在採用 Intel 結構的可視連接 PC(Visual Connected PC,VCPC)之間。

1997年推出的 AGP 圖形加速接頭支持 MMX 技術,用於低成本、高效能的 3D 圖形套用。隨著低成本的 DVD (Digital Versatile Disk,數字式通用磁牒)的出現,掃瞄儀和數字照相機將為用戶帶來一種全新的互動式的,直覺和生活化的電腦體驗,用戶可以把自己獨特的的可視資料輸入軟體中去。


文件尺寸將急劇增大,出現大量位圖圖形以及圖片用來引導操作 ,使得文件、我的文件更為有趣並更加用友好。可視計算將要求提供比目前區域網路更高帶寬。



結 論



  過去五年中 IT 業在網路技術方面取得了巨大發展和長足進步。越來越多的最終用戶進入網路,這促進了複雜和關於事務的應用軟體的發展。


PC 機效能的增強與數位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體開發商開發要求大量帶寬的應用軟體創造了新的商機。

結果必然導致文件尺寸迅速增加。

所有這些趨勢都對網路提出了更高的要求。


布線基礎設施是其中樞神經系統,必須保證其高效執行並且要避免網路癱瘓。


這樣,最終用戶至少要選項超5類線以保證網路的正常工作,對於新安裝的系統推薦使用 6 類線,這將保證千兆位乙太網技術可以經濟地滿足目前和將來的需要。
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