1998年以太网发展史上又树起一座里程碑，千兆位以太网有了上市产品，其技术标准IEEE802.3z 也逐步完善。千兆位以太网标准分成两个部分：IEEE802.3z 和IEEE802.3ab。千兆位以太网物理层包括编码/译码、收发器和网络介质三个部分。1000Base-T这是一种使用五类UTP 作为网络传输介质的千兆以太网技术，最长有效距离与100Base-TX 一样可以达到100 m。用户可以采用这种技术，在原有的快速以太网系统中实现向千兆位以太网的平滑升级。......
2025-09-30
计算机网络实践：4万兆以太网
【摘要】：万兆以太网技术的研究始于1999年年底，当时成立了IEEE 802.3ae 工作组，并于2002年6月12日正式发布802.3ae 10GE 标准，目前IEEE 802.3ak 任务组工程师仍在为铜缆万兆以太网制定标准。万兆以太网使用IEEE 802.3 以太网MAC 协议、IEEE 802.3 以太网帧格式及IEEE 802.3 最小和最大帧尺寸。与SONET 不同的是，运行在SONET 上的万兆以太网依然以异步方式工作。万兆以太网有5 种物理接口。
随着IP 业务量的迅速增长，用户对网络带宽的需求也在日益增长。用户迫切需要一种具备简单、可靠和经济等特点的新技术来提供更高的带宽，同时能应用到局域网、城域网和广域网范围的以太网，这就促进了高速以太网的研究和开发。万兆以太网是当前最新的以太网技术，它的传输速率可以达到10Gbit/s。万兆以太网技术的研究始于2025年年底，当时成立了IEEE 802.3ae 工作组，并于2025年6月12日正式发布802.3ae 10GE 标准，目前IEEE 802.3ak 任务组工程师仍在为铜缆万兆以太网（10GBase-CX4）制定标准。
在网络OSI/RM 中，以太网处在第二层。万兆以太网使用IEEE 802.3 以太网MAC 协议、IEEE 802.3 以太网帧格式及IEEE 802.3 最小和最大帧尺寸。从速度和连接距离上来说，万兆以太网是以太网技术自然演变的产物，除不需要CSMA/CD 外，万兆以太网与原来的以太网模型完全相同。
在物理层，802.3ae 大体分为两种类型，一种为与传统以太网连接速率为10Gbit/s 的LAN PHY，另一种为连接SDH/SONET（Synchronous Optic Network，同步光纤网络）速率为9.5864Gbit/s 的WAN PHY。每种PHY 分别可使用10GBase-S（850nm 短波）、10GBase-L（1 310nm 长波）、10GBase- E（1 550nm 长波）3 种规格，最大传输距离分别为300m、10km、40km，其中LAN PHY 还包括一种可以使用密集波分复用（Dense Wavelength Division Multiplex and Multip lexer，DWDM）技术的10GBase-LX4 规格。WAN PHY 与SONET OC-192 帧结构融合，可与OC-192 电路、SONET/SDH 设备一起运行，保护传统基础投资，使运营商能够在不同地区通过城域网提供端到端以太网。
802.3ae 目前支持9μm 单模光纤、50μm 多模光纤和62.5μm 多模光纤，而对电接口的支持规范10GBase-CX4 目前正在讨论之中，尚未形成标准。在数据链路层，802.3ae 继承了802.3 以太网的帧格式和最大、最小帧长度，支持多层星型连接、点到点连接及其组合，兼容已有应用，不影响上层应用，进而降低了升级风险。
10GBase-SR 和10GBase- SW 主要支持短波（850nm）多模光纤，光纤距离为2 ～300m。10GBase-SR 主要支持暗光纤（Dark Fiber），暗光纤是指没有光传播并且不与任何设备连接的光纤；10GBase-SW 主要用于连接SONET 设备，它应用于远程数据通信。
10GBase-LR 和10GBase-LW 主要支持长波1 310nm 单模光纤（MMF），光纤距离为2 ～10km（约32 808 英尺）。10GBase-LR 主要支持暗光纤，10GBase-LW 主要用于连接SONET 设备。(https://www.chuimin.cn)
10GBase-ER 和10GBase-EW 主要支持超长波（1550nm）单模光纤，光纤距离为2 ～40km（约131 233 英尺）。10GBase- ER 主要支持暗光纤，10GBase- EW 主要用于连接SONET 设备。
10GBase-LX4 采用波分复用技术，在单对光缆上以4 倍光波长发送信号，系统运行在1 310nm 的多模或单模暗光纤方式下。该系统的设计目标是针对2 ～300m 的多模光纤工作模式或2 ～10km 的单模光纤工作模式。万兆以太网技术与千兆以太网技术类似，仍然保留了以太网帧结构，通过不同的编码方式或波分复用技术提供10Gbit/s 传输速率。所以就其本质而言，10Gbit/s 以太网仍是以太网的一种类型。万兆以太网的特性如下：
（1）全双工通信。万兆以太网不再支持半双工数据传输，所有数据传输都以全双工方式进行，这不仅极大地扩展了网络的覆盖区域（交换网络的传输距离只受光纤所能到达距离的限制），而且使标准得以大大简化。
（2）对物理层进行了重新定义。为了使万兆以太网能以更优的性能为企业骨干网服务，更重要的是从根本上对广域网及其他长距离网络应用提供最佳支持，尤其是还要与现存的大量SONET 网络兼容，该标准对物理层进行了重新定义。新标准的物理层分为两部分，分别为LAN 物理层和WAN 物理层。LAN 物理层提供了现在正广泛应用的以太网接口，传输速率为10Gbit/s；WAN 物理层则提供了与OC-192c 和SDH VC-4-64c 兼容的接口，传输速率为9.58Gbit/s。与SONET 不同的是，运行在SONET 上的万兆以太网依然以异步方式工作。WAN 接口子层（WAN Interface Sublayer，WIS）将万兆以太网流量映射到SONET 的STS-192c 帧中，通过调整数据包之间的间距，使OC-192c 以略低的数据传输速率与万兆以太网匹配。
（3）万兆以太网有5 种物理接口。千兆以太网的物理层每发送8bit 数据要用10bit 组成编码数据段，网络带宽利用率只有80%；万兆以太网每发送64bit 数据只用66bit 组成编码数据段，网络带宽利用率达97%。虽然这是牺牲了纠错位和恢复位而换取的，但万兆以太网采用了更先进的纠错和恢复技术，可确保数据传输的可靠性。新标准的物理层可进一步细分为5 种具体的接口，分别为1 550nm LAN 接口、1 310nm 宽频波分复用LAN 接口、850nm LAN 接口、1550nm WAN 接口和1 310nm WAN 接口，每种接口都有其对应的最适宜的传输介质。850nm LAN 接口适于50/125μm 多模光纤，最大传输距离为65m。50/125μm 多模光纤现在已用得不多，但由于这种光纤制造容易、价格低，因此用来连接服务器比较划算。1 310nm 宽频波分复用LAN 接口适于62.5/125μm 多模光纤，传输距离为300m。62.5/125μm 多模光纤又称为FDDI 光纤，是目前企业使用得最广泛的多模光纤，从20世纪80年代末90年代初开始在网络界流行。1 550nm WAN 接口和1 310nm WAN 接口适合在单模光纤上进行长距离的城域网和广域网数据传输，1 310nm WAN 接口支持的传输距离为10km，1 550nm WAN 接口支持的传输距离为40km。
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