10G以太网核心技术【转】

　
　　在国际标准组织开放式系统互联（OSI）参考模型下，以太网是第二层协议。10G以太网使用IEEE（电气与电子工程师学会）802.3以太网介质访问控制协议（MAC）、IEEE802.3以太网帧格式以及IEEE802.3最小和最大帧长度。正如1000Base-X和1000Base-T（吉比以太网）都属于以太网一样，10G以太网是以太网技术发展中的一个阶段。因为它只适用于全双工模式，且只能使用 光纤，所以它不需要带有冲突检测的载波侦听多路访问协议（CS-MA/CD）。除此之外，10G以太网与原来的以太网模型完全相同。
　　在以太网中，PHY表示以太网的物理层设备，它对应于OSI模型的第一层。PHY通过连接介质（光纤或铜线）与MAC相连，而MAC层对应的是OSI模型中的第二层。在以太网的体系结构中，PHY（第一层）进一步划分为物理介质子层（PMD）、物理介质附加子层（PMA）和物理编码子层（PCS）。例如，光纤收发机属于PMD，PMA使物理介质与编码相匹配PCS由编码器和一个并串转换器或复用功能组成。802.3a规范定义了局域网PHY和广域网PHY两种PHY类型。广域网PHY是在局域网PHY功能的基础上增加了一个扩展特性集。
　　1.芯片接口（XAUI）
　　在10G以太网特别工作组的诸多创新中，有一个被称作XAUI的接口。其中的"AUI"部分指的是以太网连接单元接口（Ethernet Atachment Unit Interface）。"X"代表罗马数字10，它意味着每秒10G。XAUI被设计成一个接口扩展器，它扩展的接口就是XGMII（与介质无关的10G接口）。XGMII是一个74位信号宽带接口（发送与接收用的数据路径各占32位），可用于把以太网MAC层与PHY层相连。在大多数典型的以太网MAC和PHY相连的芯片对芯片的应用中，XAUI可用来代替或者扩展XGMII。
　　XAUI是一个从1000Base-X10G以太网的物理层直接发展而来的低针数、自发时钟串行总线。XAUI接口的速度为1000Base-X的2.5倍。通过调整4根串行线，这种4bit的XAUI接口可以支持10G以太网10倍于吉比以太网的数据吞吐量。XAUI使用与1000Base-X同样的8B/10B传输编码，并通过印刷电路板上的铜线等常用介质提供高质量的完整数据。XAUI还包括其他一些优势：由于采用自发时钟，所以产生的 电磁干扰（ EMI）极小，具有强大的多位总线变形补偿能力；可实现更远距离的芯片对芯片的传输；具备较强的错误检测和故障隔离功能；功耗低，能够将XAUI输入/输出集成到 CMOS中等。
　　XAUI的具体应用目标包括：从MAC到物理层芯片之间的互联，以及从MAC到 光纤收发器模块之间的直接连接。XAUI是标准草案建议中10G可插式光纤模块（XGP）的接口。将XAUI解决方案与XGP集成为一体后，10G以太网的多个端口便可以实现MAC与光纤模块之间的互联。这种连接方式成本低、效率高，而且只需要通过印刷线路的铜导线便可实现MAC与光纤模块之间的连接。
　　2.相关物理介质子层（PMD）
　　IEEE802.3ae特别工作组已经提出了一个标准草案，它所提供的物理层可以支持光纤传输介质。
　　为了达到特定的距离，特别工作组共选择了4个PMD。其中，特别工作组选择了1310nm串联PMD来实现2km和10km单模式光纤（SMF）的连接；选择1550纳米的串联方案来实现（或者超越）40KM的SMF目标。对40km PMD的支持说明，吉比以太网已经能够成功地应用在城域网和局域网的远距离通信中。特别工作组还选用串行850nm收发器，在多模光纤上使用850nm的PMD实现65m的传输目标。
　　另外，特别工作组选择了两种宽波分复用（WWDM）的PMD，其中一种是1310nm的单模光纤，用于10km范围的应用；另一种1310nm PMD用在已安装的多模光纤上实现300m的传输目标。
　　3.物理介质附加子层（PMA）
　　PMA提供连续不断的数据传输。PMA支持各种可靠的编码方案，每个PMD都可用一个编码来支持并且与特殊介质适配。
　　4.物理编码子层（PCS）
　　PCS提供信息包描绘和局域网物理层扰码。在特别工作组考虑中有多种建议，如吉比以太网用8B/10B编码和采用ANSI标准光纤通道。
　　5.介质访问控制子层（MAC）
　　MAC子层是以太网标准的最高层定义，为了维护兼容现有的局域网技术，必须符合存在的以太网标准。在IEEE802.3标准工作范围内定义MAC参数，必要的话，对MAC子层可现有一些很小的改动，使10G以太网帧结构在LLC（逻辑链路控制层）实现全双工工作方式。
　　6.物理层（PHY）
　　局域网物理层和广域网物理层将在共同的PMD上工作，因此，它们支持的距离也相同。这些物理层的唯一共别在于物理编码子层（PCS）各有不同。10G局域网物理层的用途是以10倍的带宽来支持现有的吉比以太网应用，这也是目前性价比最高的解决方案。随着时间的推移，预计 LAN PHY将被用于纯光纤交换网络环境中，并且可以扩展到广域网的范围。然而，为了能与现有的广域网兼容，10G以太网WAN PHY将会支持现有的和未来将要安装的 SONET/ SDH（同步光纤网络/同步数字层） 电路交换话音 接入设备。
　　广域网物理层（WAN PHY）与局域网物理层（LAN PHY）的区别在于广域网接口子层（WIS）包含一个简化的SONET/SDH帧编制器。因为SONET OC192/SDH STM-64的运行速率只有10G以太网的百分之几，所以要想实施一个能够与局域网物理层以10Gbit/s和谐工作的MAC也较为简单。同样，也可以以较为简单的方式实施能够与广域网特刊层配合工作的MAC，其有效速率大约为9.29Gbit/s。