千兆以太網與六類布線

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， 局域網標準委員會也
在開發在現有結構化電纜系統上實現千兆位傳輸的技術。 1996年
開始研究的IEEE802.3千兆位以太網作為一種特殊的局域網技術引
起了網絡工業界的廣泛關注。 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五類/D級系統上運行的可靠
而且魯棒的千兆位以太網技術。
眾所周知,以太網技術與布線技術緊密相聯系，那么千兆位以太網
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 千兆以太網
千兆以太網項目開始于1996年，目前已完成了大量工作。千兆位以太網項目的主要目的是為骨干網絡提供1
Gbps的帶寬， 并為現有快速以太網提供自然升級的辦法，同時要盡可能地利用現有的網絡管理工具和相應
的培訓。
在局域網中為了維持直徑為200米的最大碰撞區域，最小CSMA/CD載波時間, 以太網時間片已從目前的512比
特擴展到512字節(4096比特)，最小信息包大小仍為64字節。 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， 然而這種影響已經被CSM/C
D算法中稱作信息包突發傳送的特性所抵消。
為了縮小千兆以太網產品進入市場的時間， 標準中1000BASE－SX， －LX 和 －CX版本都能適應目前經過
時間考驗的 Fiber Channel技術。 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的數據速率。
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，垂直腔體表面發光激光器)發送器， 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五類布線系統的新設計。 為了克服5類線的缺陷而運用了復雜的數字
信號處理 (DSP) 技術。 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。 這種設計采
用 PAM－5 (5級脈沖放大調制) 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送和接收電路。任
何發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。1
000BASE－T無法對頻率集中在125MHz之上的頻段進行過濾， 但是使用擾頻技術和網格編碼能對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因近端串擾 (在PSNEXT的情況下)而受到的限
制，應該采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么樣的電纜來支持1000BASE－T而感到困惑。盡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設備之前， 應
對布線系統按照新增加的布線參數進行測量和認證 。
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(10 BASE－T) 和25
Mbps ATM 局域網而在三類布線的基礎之上研制的。 100BASE－T2和 155.5 Mbps CAP64 ATM 局域網要求使
用復雜的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采用，廉價的100Mbps(100BASE
－TX)以太網和 155.5Mbps NRZ ATM局域網也得以發展并在五類布線的基礎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（例如從路由器到網卡， 包括
電纜在內）為164英鎊，而在五類布線的基礎上實現100BASE－TX僅需費用132英鎊，相比之下， 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局域網技術上，由于1000BASE－TX設計采用兩對線對發
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，因此串擾抵消就是不必要的。就目前的半導體技術水平來看， 不
使用回波及串擾抵消器件將至少減少1000BASE－TX 設計的50％的整體復雜性 (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兼容性（EMC）要求。
引申開來，如果數據比率從每對500 Mbps提高到600 Mbps， 那么這種設計就可以用于1.2 Gbps系統 。 因
此，六類布線不僅可以降低支持千兆以太網的電子設備的費用， 同時也為今后可能超過1Gbps 的局域網技
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， 但是這主要是由于當前PC內部總線結構限制造成的，因為總線決
定處理器和內存以及其他外圍設備 （例如網卡）之間的的數據交換速率。著名的摩爾定律預言芯片上的晶
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，也許三年內臺式PC中就會出現PCI 2總線。以此類推，在布線系
統的生命周期內， 1000BASE－TX技術應用到桌面系統是非常可能的。
可能的應用
讓我們想一下那些應用會需要如此巨大的吞吐量吧。多媒體應用正在成為臺式PC的基本要求。 Intel 推出
了MMX (MultiMedia Exchange,多媒體交換)技術，該技術將極大推動多媒體應 用。 多媒體商務和多媒體
信息傳遞的出現戲劇性地影響了局域網的設計。 將來多媒體商務應用將必然要求更高帶寬和更低的響應時
間以達到令人滿意的性能。按Intel的說法， 未來的計算機商務將是屏幕之間的交流，商業建立在采用Int
el結構的可視連接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， 用于低成本、高性能的3D圖形應用。隨著低成本的DVD（Digital Versatile Disk，數字式通用
磁盤） 的出現，掃描儀和數字照相機將為用戶帶來一種全新的互動式的，直覺和生活化的計算機體驗，
用戶可以把自己獨特的的可視數據輸入軟件中去。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、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更高帶寬。
結　論
過去五年中IT(信息技術)工業在網絡技術方面取得了 巨大發展和長足進步。 越來越多的最終用戶進入網
絡，這促進了復雜和基于事務的應用軟件的發展。 PC機性能的增強與數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商開發要求大量帶寬的應用軟件創造了新的商機。 結果必然導致文件
尺寸迅速增加。所有這些趨勢都對網絡提出了更高的要求。 布線基礎設施是其中樞神經系統，必須保證其
高效運行并且要避免網絡癱瘓。這樣， 最終用戶至少要選擇超5類線以保證網絡的正常工作，對于新安裝
的系統推薦使用6類線， 這將保證千兆位以太網技術可以經濟地滿足目前和將來的需要。