Network 之三 Ethernet(以太网)物理介质(10Base、100Base

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Network 之三 Ethernet(以太网)物理介质(10Base、100Base

2023-10-24 16:47| 来源: 网络整理| 查看: 265

  在搞网络这一块的时候,看到了 100Base-T、100Base-TX 等这些东西,在 IEEE802.3 中,也到处是这些词。大体了解了一下,下面是正文。

  以太网采用 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection,载波监听多路存取和冲突检测)介质访问控制方式的局域网技术,最初由 Xerox 公司于 1975 年研制成功,1979 年 7 月~1982 年间,由 DEC、Intel 和 Xerox 三家公司制定了以太网的技术规范 DIX,以此为基础形成的 IEEE802.3 以太网标准在 1989 年正式成为国际标准。在 20 多年中以太网技术不断发展,成为迄今最广泛应用的局域网技术,产生了多种技术标准。

  这些名字都是不同时期的以太网标准,标准名字来源于所使用的物理介质,下面先拆解一下这类名词:

10/100/1000: 数字 100 用单位 MHz (Megahertz) 表示网线设计的频率。即 100MHz。MHz 的值越大,网线所支持的速度就越快。如果你尝试将这种类型的网线用于更高的频率(和速度)中,那么它将不工作或者变得极为不可靠。100 MHz 以每秒 100Mbit 的速度传输,这在理论上指的就是12.5 MB/s。然而,在实际中,可能还无法获得超过 4MB/s。BASE: BASE 是英文 baseband 的缩写,指的就是基带。表示没有使用频分复用或者其它频率转换技术,每一个信号在一个单一频率上完全控制线缆。数字T/F/C等: 一般数组表示传输长度;T 代表承载信号的物理介质是双绞线缆(分为UTP(Unshielded Twisted Pair,非屏蔽双绞线)和STP(Shielded Twicted Pair,屏蔽双绞线)),在这里每一对传送信号的双绞线互相缠绕以 (FEXT 和 NEXT 之间) 减少电磁干扰和串扰;F 表示光纤最后的字母或数字(4/X等): 在同一种传送速率下有多种不同的标准,它们之间以一个字母或数字跟随 T/F/C 之后的方式来区隔(例如 TX)。它显示了网线的结构并指出包含的绞线对的数量。某些高速标准使用同轴电缆,则分配代号为 CX。 10base5

  10BASE5(也被称为 thick Ethernet or thicknet)是以太网的第一个商用变体。10BASE5 的名称来源于物理介质的几个特征:10 指的是其 10Mbit/s 的传输速度; BASE 是基带信号的缩写(与宽带相反),5 代表最大段长度为 500 米(1600英尺)。

  使用直径 10mm 的 50 欧姆粗同轴电缆(coaxial cable ),总线拓扑结构,站点网卡的接口为 DB-15 连接器,每个网段允许有 100 个站点,每个网段最大允许距离为 500m,网络直径为 2500m,既可由 5 个 500m 长的网段和 4 个中继器组成。 10BASE5 利用基带的 10M 传输速率,采用曼彻斯特编码传输数据。 该系统在安装和维护上难度较大。该部分在最新的 IEEE Std 802.3™-2015 的 SECTION 1 的 Clause 8 有详细的介绍。 10base5

从 2003 年开始,IEEE 802.3 已经不再使用这个新安装标准。

10Base2

  10BASE2(也被称为 cheapernet,thin Ethernet,thinnet 和 thinwire)是以太网的变体,使用以 BNC 连接器端接的细同轴电缆。为降低 10base5 的安装成本和复杂性而设计的。

  10BASE2 这个名字来源于物理介质的几个特性:10 来自 10 Mbit/s 的传输速度; BASE 代表基带信令;2 代表最大段长度接近200米(实际最大长度为185米)。

  其使用廉价的 R9-58 型 50 欧姆细同轴电缆,总线拓扑结构,网卡通过 T 形接头连接到细同轴电缆上,末端连接 50 欧姆端接器;每个网段允许 30 个站点,每个网段最大允许距离为 185m,仍保持 10Base5 的 4 中继器 / 5 网段设计能力,允许的最大网络直径为5x185=925m。 10Base2   利用基带的 10M 传输速率,采用曼彻斯特编码传输数据。与 10base5 相比,10Base2 以太网更容易安装,更容易增加新站点,能大幅度降低费用。该部分在最新的 IEEE Std 802.3™-2015 的 SECTION 1 的 Clause 10 有详细的介绍。 10Base2

在 20 世纪 80 年代中后期,这是占主导地位的 10 Mbit/s 以太网标准 此 MAU 不建议用于新安装。 自 2011 年 9 月以来,该部分不再考虑维护变更。

10base-T(涵10BASE-Te)

  标准的通用名称来源于物理媒体的各个方面。 前导号码(10BASE-T中的10)是指以 Mbit/s 为单位的传输速度。 BASE 表示使用基带传输。 T 表示双绞线(Twisted pair cables),每个信号的一对导线绞合在一起以减少对之间的电磁干扰和串扰。 对于相同传输速度有几种标准的情况下,它们通过 T 之后的字母或数字来区分,例如 TX,指的是编码方法和通道数量,后面介绍。

  这是 1990 年通过的以太网物理层标准。使用两对非屏蔽双绞线,一对线发送数据,另一对线接收数据,用 RJ-45 模块作为端接器,星形拓扑结构,信号频率为 20MHz,必须使用 3 类或更好的 UTP 电缆;布线按照 EIA568 标准,站点 - 中继器 和 中继器 - 中继器的最大距离为 100m。保持了 10base5 的 4 中继器 / 5 网段的设计能力,使 10base-T 局域网的最大直径为 500m。10Base-T 的集线器和网卡每 16 秒就发出“滴答”(Hear-beat)脉冲,集线器和网卡都要监听此脉冲,收到“滴答” 信号表示物理连接已建立,10base-T 设备通过 LED向网络管理员指示链路是否正常。 10base-T   双绞线以太网是以太网技术的主要进步之一,此前的以太网都是使用同轴电缆,自此以后,双绞线正式取代同轴电缆走上了历史舞台。10base-T 因为价格便宜、配置灵活和易于管理而流行起来,现在占整个以太网销售量的 90% 以上。 该部分在最新的 IEEE Std 802.3™-2015 的 SECTION 1 的 Clause 14 有详细的介绍。 10base-T

10base-F

  10base-F 是使用光缆的以太网,使用双工光缆,一条光缆用于发送数据, 另一条用于接收;使用 ST 连接器,星形拓扑结构;网络直径为 2500m,定义了 4 种不同的规范,分别对应于最新的 IEEE Std 802.3™-2015 的 SECTION 1 的 Clause 15, Clause 16, Clause 17, and Clause 18 10base-F

10Base-FL

  L 是 Link 的缩写,10BASE-FL 是以太网光纤上最常用的 10BASE-F 规范。 在 10BASE-FL 中,FL 代表光纤链路。 它取代了原始的光纤中继器链路(FOIRL)规范,但保留了与基于 FOIRL 的设备的兼容性。 支持的最大段长度为 2000米,与 FOIR L设备混合时,最大段长度限于 FOIRL 的1000米。 10Base-FL

注意 - 不建议将此 MAU 用于新安装。 自 2003 年 9 月以来,本条款不再考虑维护变更。 如今,10BASE-FL 很少用于网络,并已被快速以太网,千兆以太网和 100 千兆位以太网标准所取代。

10Base-FB

  B 为 Backbone 的缩写,是用来说明一个同步信令骨干网段,用于在一个跨越远距离的转发主干网系统中将专用的 10Base-FB 同步信令中继器连接在一起。单个 10base-FB 网段最长可达 2000m。 10Base-FB

注意 - 不建议将此 MAU 用于新安装。 自 2011 年 9 月以来,本条款不再考虑维护变更。

10Base-FP

  P 为 Passive 的缩写,是用来说明点对点的连接方式,一个网段的长度可达 500m。一个光缆无源星形耦合器最多可连接 33 台计算机。这形成了一个以信号耦合器为中心的星型网络。 没有已知的设备实现了这个标准。

100base-T

  又称 Fast Ethernet(快速以太网),是许多以标称速率 100Mbit/s(较早的以太网速度为 10Mbit/s)传输流量的以太网标准的统称。在快速以太网标准中,100BASE-TX 是最常见的。

  名称中的 “100” 是指 100Mbit/s 的传输速度;而 “BASE” 是指基带信令; 破折号后面的字母(“T”或“F”)是指承载信号的物理介质(分别为双绞线或光纤);而最后一个字符(“X”,“4”等)指的是使用的行代码方法。 快速以太网有时被称为100BASE-X,其中 “X” 是 FX 和 TX 变体的占位符。

  1995 年 5 月正式通过了快速以太网 100Base-T 规范,即 IEEE 802.3u 标准,是对 IEEE802.3 的补充。与 10base-T 一样采用星形拓扑结构,但 100Base-T 包含 4 个不同的物理层规范, 并且包含了网络拓扑方面的许多新规则。 对应于最新的 IEEE Std 802.3™-2015 的 SECTION 2: 100base-T

在实际使用中,100 Base-T 有时候用于指 100Base-TX 网线规格。

100Base-T4

  100BASE-T4 是快速以太网的早期实现。 它需要四对铜质双绞线,但这些双绞线只需要是 3 类而不是 TX 所要求的 5 类。 一对保留用于发送,一个用于接收,其余两个将通过协商切换方向。

  100Base-T4 是为了利用大量的 3 类音频级布线而设计的。信号频率为 25MHz,因而可以使用数据级 3、4 或 5 类非屏蔽双绞线,也可使用音频级 3 类线缆。最大网段长度为 100m,并且在节点间的最小长度是 2.5 米。采用 EIA568 布线标准;由于没有专用的发送或接收线路,所以100Base-T4 不能进行全双工操作; 100base-T4 采用比曼彻斯特编码法高级的多的 6B/6T 编码法。

  100BASE-T4 未被广泛采用,但为其开发的技术被用于 1000BASE-T。对应于最新的 IEEE Std 802.3™-2015 的 SECTION 2 的 Clause 23: 100Base-T4

注 - 不建议将此 PHY 用于新安装。 自 2003 年 9 月以来,本条款不再考虑维护变更。

100Base-X

  最新的 IEEE Std 802.3™-2015 的 SECTION 2 的 Clause 24 规定了一系列 100 Mb/s 物理层实现共同使用的物理编码子层(PCS)和物理媒体附加(PMA)子层,统称为 100BASE-X。 目前在这个系列中有两个实施例:100BASE-TX 和 100BASE-FX。 100BASE-TX 指定通过两对双绞线5类电缆进行操作。 100BASE-FX 指定通过两根光纤进行操作。 对应于最新的 IEEE Std 802.3™-2015 的 SECTION 2 的 Clause 24: 100Base-X

100Base-TX

  使用两对 5 类非屏蔽双绞线或 1 类屏蔽双绞线,一对用于发送数据,另一对用于接收数据,最大网段长度为 100m,布线符合 EIA568 标准;采用 4B/5B 编码法,使其可以 125MHz 的串行数据流来传送数据;其支持全双工, 使用 MLT-3(多电平传输-3)波形法来降低信号频率到 125/3=41.6MHz。***100Base-TX 使 100Base-T 中使用最广的物理层规范。 *** 对应于最新的 IEEE Std 802.3™-2015 的 SECTION 2 的 Clause 25。

100Base-FX

  100BASE-FX 是光纤上的快速以太网版本。 它使用通过两根光纤传输的 1300 纳米近红外(NIR)光波长,一根用于接收(RX),另一根用于发送(TX)。 对于半双工连接(为了确保检测到碰撞),最大长度为 412 米(1,350英尺),对于全双工多模光纤,最大长度为 2 千米(6,600英尺)。 100BASE-FX 使用与 100BASE-TX 相同的 4B/5B 编码和 NRZI 线路代码。 100BASE-FX 应使用 SC,ST,LC,MTRJ 或 MIC 连接器,SC 是首选。

  使用多模(62.5 或 125um)或单模光缆,连接器可以是 MIC/FDDI 连接器、ST 连接器或廉价的 SC 连接器;最大网段长度根据连接方式不同而变化,例如:对于多模光纤的交换机-交换机连接或交换机-网卡 连接最大允许长度为 412 m,支持全双工模式,如果是全双工链路,则可达到 2000m。100Base-FX 主要用于高速主干网,或远距离连接,或有强电气干扰的环境,或要求较高安全保密链接的环境。

对应于最新的 IEEE Std 802.3™-2015 的 SECTION 2 的 Clause 26。

100Base-T2

  随着数字信号处理技术和集成电路技术的发展,只用 2 对 3 类 UTP 线就可以传送 100Mbps 的数据,因而针对 100Base-T4 不能实现全双工的缺点,IEEE 开始制定 100Base-T2 标准。100Base-T2 采用 2 对音频或数据级 3、4 或 5 类 UTP 电缆,一对用于发送数据,另一对用于接收数据,可实现全双工操作;采用 RJ45 连接器,最长网段为 100m,符合 EIA568 布线标准。采用名为 PAM5x5 的 5 电平编码方案。

对应于最新的 IEEE Std 802.3™-2015 的 SECTION 2 的 Clause 32: 100Base-T2

注 - 不建议将此 PHY 用于新安装。 自 2003 年 9 月以来,本条款不再考虑维护变更。

100BASE-T1

  100BASE-T2 没有被广泛采用,但为其开发的技术被用于 1000BASE-T。100BASE-T1 在 IEEE 802.3bw-2015 条款 96 中标准化的 100BASE-T1 中,​​数据通过单个铜线对传输,每个符号 3 位(PAM3)。 它仅支持全双工,同时在两个方向上传输。 双绞线电缆需要支持 66 MHz,最大长度为 15 米。 没有定义特定的连接器。 该标准适用于汽车应用,或者快速以太网将被集成到其他应用中。 在 IEEE 标准化之前,它已被开发为 BroadR-Reach。

  ***自动协商模式:***在 100Base-T 问世以后,在以太网 RJ-45 连接器上可能出现的信号可能是 5 种以上不同的以太网信号(10Base-T、10base-T 全双工、100base-TX、100Base-TX 全双工或 100Base-T4)中的任一种。为了简化 管理,IEEE已 推出了 Nway(IEEE 自动协商模式),它能使集线器和网卡知道线路另一端能有的速度,把速度自动调节到线路两端 能达到的最高速度(优先的顺序为:100Base-T2 全双工,100Base-T2,100Base-TX 全双工,100Base-T4,100Base-TX,100Base-T 全双工,10Base-T)。这是增强型的 10Base-T 链路一体化信号方法,并与链路一体化反向兼容。这种技术避免了由于信号不兼容可能造成的网络 损坏。具有这种特性的装置仍允许人工选择可能的模式。

  千兆以太网技术有两个标准:IEEE802.3z 和 IEEE802.3ab。IEEE802.3z 制定了光纤和短程铜线连接方案的标准(1000BASE-X)。IEEE802.3ab 制定了五类双绞线上较长距离连接方案的标准(1000BASE-T)。

1000BASE-X

  IEEE802.3z 定义了基于光纤和短距离铜缆的 1000Base-X,采用 8B/10B 编码技术,信道传输速度为 1.25Gbit/s,去耦后实现1000Mbit/s 传输速度。 1000BASE-X IEEE802.3z 具有下列千兆以太网标准。

1000BASE-CX

1000BASE-X 在特制的屏蔽电缆传输的接口规格(参见 IEEE 802.3 Clause 39.)屏蔽类双绞线,传输距离 25 米。

1000BASE-LX(long wavelength laser)

  1000BASE-X 采用单模或多模长波激光器的规格(参见 IEEE 802.3 Clause 38.)。采用直径为 62.5um 或 50um 的多模光纤时,工作波长范围为1270-1355nm,传输距离为 550m;采用直径为 9um 或 10um 的单模光纤,工作波长范围为 1270-1355nm,传输距离为5km 左右。

1000BASE-SX(short wave-length laser)

  1000BASE-X 采用多模短波激光器的规格(参见 IEEE 802.3 Clause 38.)。只支持多模光纤,可以采用直径为 62.5um 或 50um 的多模光纤,工作波长为 770-860nm,传输距离为 220-550m。

1000BASE-T

采用四对五类平衡电缆的1000 Mb/s 物理层规格 (参见 IEEE 802.3 Clause 40.)。与10Base-T、100Base-T完全兼容。



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