Ethernet（以太网）之二 物理介质（10Base、100Base-T、100Base-TX等）

  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100 MHz。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 Mbps。然而，在实际中，可能还无法获得超过4 Mbps。
• 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。

下面详细说明每种组合的意义：

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。

  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。

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。

  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。

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。

  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-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-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[2]与FOIRL设备混合时，最大段长度限于FOIRL的1000米。

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。

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100 Mbit/s（较早的以太网速度为10 Mbit / 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：

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。
  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：

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-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4B5B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412m，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：

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，3.11.71 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。

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。