首页 理论教育8.2.4千兆位以太网-快速连接楼宇自控系统

8.2.4千兆位以太网-快速连接楼宇自控系统

【摘要】:1996年3月成立的IEEE 802.3z工作组,专门负责千兆位以太网的研究,并制定相应标准。最初制定的千兆位以太网标准IEEE 802.3z包括了3种结构体系的千兆位以太网:1000Base-LX、1000Base-SX和1000Base-CX,IEEE 802.3ab标准规定了1000Base-T的网络结构体系。高性能桌面台式机工作站安装千兆位以太网卡,可直接与千兆位以太网相连。采用千兆位以太网的1000Base-SX/1000Base-LX规范,采用光纤作为传输介质,BAS的覆盖范围较大。

1.千兆位以太网的结构体系

随着多媒体技术、网络分布计算、大量视频文件的应用和大带宽业务的需求,用户对局域网的带宽提出了更高的要求。同时,100Mbit/s快速以太网也要求主干网、服务器一级有更高的带宽。另外,由于以太网的简单、易用、廉价及应用的广泛性,千兆位以太网技术就是在这种需求背景下发展起来的。1996年3月成立的IEEE 802.3z工作组,专门负责千兆位以太网的研究,并制定相应标准。

千兆位(1000Mbit/s)以太网技术是一种主流应用的以太网技术,1000Mbit/s以太网也叫吉位以太网。最初制定的千兆位(1000Mbit/s)以太网标准IEEE 802.3z包括了3种结构体系的千兆位以太网:1000Base-LX、1000Base-SX和1000Base-CX,IEEE 802.3ab标准规定了1000Base-T的网络结构体系。其中1000Base-LX、1000Base-SX是基于光纤应用的,1000Base-CX和1000Base-T是基于双绞线应用的。

千兆位以太网的结构体系如图8-5所示。

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图8-5 千兆位以太网的结构体系

2.1000Base-LX

1000Base-LX是遵从IEEE 802.3z标准的一种基于光纤应用的千兆位以太网规范。1000Base-LX可以采用单模或者多模光纤作为传输介质组成网络,LX代表长波,网络工作使用长波激光(1310nm)。1000Base-LX所使用的光纤主要有:芯径为62.5μm、50μm的多模光纤和芯径为9μm的单模光纤。使用多模光纤的最大传输距离为550m,使用单模光纤的最大传输距离为5000m。

1000Base-LX采用8B/10B编码方式,使用星形拓扑结构组网,主要适用于校园或城域主干网。

网段长度、使用的激光载波波长、使用的传输介质和全双工/半双工的具体对应关系有:

1)使用1310nm长波长激光器,62.5μm的多模光纤,工作在半双工模式下,最大网段长度为316m;工作在全双工模式下,最大网段长度为550m。

2)使用1310nm长波长激光器,50μm的多模光纤,工作在半双工模式下,最大网段长度为316m;工作在全双工模式下,最大网段长度为550m。

3)使用1310nm长波长激光器,9μm的单模光纤,工作在半双工模式下,最大网段长度为316m;工作在全双工模式下,最大网段长度为5000m。

3.1000Base-SX

1000Base-SX也是遵从IEEE 802.3z标准的一种基于光纤应用的千兆位以太网规范。SX代表短波长,使用850nm波长的短波长激光器,使用芯径为62.5μm、50μm的多模光纤。1000Base-SX网络线路信号码型为8B/10B编码,组网的拓扑结构采用星形,适用于作为楼宇内网络系统的主干网络。具体的有:

1)使用850nm波长的短波长激光器,采用62.5μm的多模光纤,在使用半双工模式下,最大网络长度为275m;使用全双工模式下,最大网络长度也为275m。

2)使用850nm波长的短波长激光器,采用50μm的多模光纤,在使用半双工模式下,最大网段长度为5505m;使用全双工模式下,最大网段长度也为550m。

4.1000Base-CX

1000Base-CX采用150Ω平衡屏蔽双绞线(STP)作为传输介质(连接器为DB-9),遵从IEEE 802.3z标准,组网拓扑结构为星形,最大传输距离为25m,网络线路信号码型为8B/10B编码,适用于数据中心设备间(如交换机之间的连接,尤其适用于主干交换机和主服务器之间的短距离连接)或者堆叠设备间的短距离互连,但不适用于数据中心与配线架的连接。

1000Base-CX工作在半双工模式下,最大传输距离为25m;工作在全双工模式下,最大传输距离为50m。

5.1000Base-T标准

(1)1000Base-T网络

1000Base-T网络遵从IEEE 802.3ab标准,1000Base-T是一种可以采用5类、超5类、6类或者7类UTP的全部4对芯线作为传输介质的千兆位以太网规范,在全部的4对双绞芯线中,每对都可以同时进行数据收发,网段的最大覆盖距离为100m,传输速率为1Gbit/s,组网拓扑结构为星形,线路信号码型为PAM5×5编码方式。1000Base-T采用4对5类双绞线完成1000Mbit/s的数据传送,每一对双绞线传送250Mbit/s的数据流。

1000Base-T与10Base-T、100Base-T完全兼容,它们都使用5类UTP,从交换机到终端站点的最大距离都为100m。

数据中心的服务器与服务器、交换机之间的互联,采用1000Base-T技术,是一种经济的、简单高效的组网方式。高性能桌面台式机工作站安装千兆位以太网卡,可直接与千兆位以太网相连。

(2)1000Base-T网络的应用

1)在三层级网络中的应用:千兆位以太网多用于楼宇计算机网络的主干网,但也常常用于对带宽要求较高的桌面环境中。图8-6给出了一个将千兆位以太网用于楼宇计算机网络的主干网络,将100Mbit/s以太网或10Mbit/s以太网用于桌面环境的情况。

其中,接入层级由10Mbit/s以太网交换机加上100Mbit/s上行链路组成;汇聚层由100Mbit/s以太网交换机加1000Mbit/s上行链路组成;主干网络层级由千兆位以太网交换机组成。

2)用于BAS:在使用通透以太网的BAS中,以太网多用100Mbit/s的快速以太网,但在系统的监控节点数量较大时,完全可以使用千兆位以太网,使用1000Base-T规范,可以使用5类、超5类、6类甚至7类双绞线作为传输介质,使用星形拓扑结构组网,速度快、结构简单和效率高,但覆盖范围小。采用千兆位以太网的1000Base-SX/1000Base-LX规范,采用光纤作为传输介质,BAS的覆盖范围较大。但最佳的情况是采用工业以太网作为BAS的通信网络架构,才能适应各种较为复杂的强干扰电磁环境的楼宇应用。

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图8-6 千兆位以太网组网应用举例

6.千兆位以太网的技术特点

千兆位以太网有鲜明的技术特征,主要包括以下11点:

(1)专用的带宽

随着局域网接入设备的计算能力与通信能力的提高,能够充分利用高速局域网性能的应用也迅速发展,出现了以专用带宽方式使用局域网的趋势,特别是在服务器和高性能工作站方面尤为明显。千兆位以太网虽然支持以传统共享带宽方式使用信道,但只有当千兆位以太网以交换机或路由器为中心部署成专用带宽系统时,才能够达到最佳的性能和最大的带宽。

(2)使用全双工以太网连接

千兆位以太网中通信通道不再被多个设备共享时,也就不需要传统的CSMA/CD媒体访问控制机制了。这样站与站之间、站与集线器之间以全双工方式(同时发送和接收)工作,既增加了信道容量,又使网络范围突破了CSMA/CD控制系统的限制。千兆位以太网的基本结构形式是采用全双工、专用的链路,这使得链路长度足以支持建筑物内部和园区主干网的应用。

(3)以太网流量控制

在专用信道与全双工操作的概念基础上,人们进一步提出一种允许设备显式地控制全双工链路中数据流的方法。该方法在千兆位以太网之前已经产生,是全双工以太网标准的一部分,它使交换机和其他使用全双工链路的设备可以防止由于缓冲区溢出而造成的不必要的帧丢失,在此基础上,又产生了需要较少缓冲区的低价位产品。使用显式流量控制方法可制造出性价比更好的千兆位以太网产品。

(4)媒体无关的接口

以太网的发展历史表明,它需要支持不同类型的底层物理介质。由于没有哪一种媒体是“最好的”,在特定的应用环境,任何一种介质都可能是最适用的,因此以太网一般提供某些与媒体无关的接口,千兆位以太网也并不例外地支持100Mbit/s接口的增强版本。

(5)自动连接配置

由于设备的性能差别越来越大,因此需要保证相互连接设备的正确配置。如果没有某些自动方式来确定和配置设备的功能,那么系统管理人员的负担会变得很沉重。为解决这个问题,最早在开发双绞线100Mbit/s以太网时就出现了自动协商系统,千兆位以太网引入了这种自动协商系统,并把它扩展到支持1000Mbit/s以太网的铜电缆和光纤。

(6)简易性

千兆位以太网保持了经典以太网的技术原理,安装实施和管理维护的简易性是千兆位以太网成功的基础之一。

(7)技术过渡的平滑性

千兆位以太网保持了经典以太网的主要技术特征,采用相同的帧格式及帧的大小,支持全双工、半双工工作方式,可以确保和百兆位以太网的平滑过渡。

(8)网络可靠性

千兆位以太网保持经典以太网的安装、维护方法,采用中央集线器和交换机的星形拓扑结构和结构化布线方法,可以确保千兆位以太网的可靠性和稳定性。

(9)可管理性和可维护性

千兆位以太网采用简易网络管理协议(SNMP),即经典以太网的故障查找和排除工具,可以确保千兆位以太网在可管理性和可维护性上简便可行。

(10)网络成本低

千兆位以太网的网络成本包括设备成本、通信成本、管理成本、维护成本及故障排除成本,由于继承了经典以太网的技术,使千兆位以太网的整体成本相对下降。

(11)支持新应用和新数据类型

伴随着计算机技术的应用和发展,出现了许多新的应用模式,也对网络提出了更高的要求,因此千兆位以太网具备了支持新应用与新数据类型的能力。