1.3.2 100Mbps Ethernet

IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)定義的傳輸速率為10Mbps。隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳輸質(zhì)量提出了更高的要求，10Mbps網(wǎng)絡(luò)所能提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬已很難滿足應(yīng)用需要。于是，由3Com、Intel、Sun及Bay Networks等公司組成的快速以太網(wǎng)聯(lián)盟提出了一種100Mbps Ethernet技術(shù)，稱為快速以太網(wǎng)或100BASE-T網(wǎng)絡(luò)，IEEE將100BASE-T接納為802.3u標(biāo)準(zhǔn)。

100BASE-T的MAC層仍采用CSMA/CD協(xié)議，只是重新定義了物理層規(guī)范。因此，100BASE-T技術(shù)規(guī)范主要是指它的物理層規(guī)范。

1．物理層規(guī)范

100BASE-T定義了三種物理層標(biāo)準(zhǔn)：100BASE-T4、100BASE-TX和100BASE-FX，分別支持不同的傳輸介質(zhì)，見圖1-7。MAC層通過一個(gè)介質(zhì)無關(guān)接口（MII）與三種物理層協(xié)議中的一個(gè)相連接。MII類似于802.3中的訪問單元接口（AUI），通過提供單一的接口來支持任何符合100BASE-T標(biāo)準(zhǔn)的外部收發(fā)器。

由于MAC層功能與傳輸速率無關(guān)，因此100BASE-T中的幀格式、幀長(zhǎng)度、差錯(cuò)控制及有關(guān)管理信息等均與10BASE-T相同，只是對(duì)個(gè)別參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，如幀間間隔由9.6μs調(diào)整為0.96μs，因?yàn)閭鬏斔俾侍岣吡?0倍。

100BASE-T的重點(diǎn)在于物理層，并定義了三個(gè)物理層規(guī)范，它們都由物理編碼子層（PCS）和物理介質(zhì)相關(guān)（PMD）子層組成。下面簡(jiǎn)要介紹100BASE-T的物理層功能。

1）100BASE-T4

100BASE-T4是4對(duì)線UTP電纜系統(tǒng)，支持3類、4類和5類UTP電纜，UTP電纜連接器采用RJ45連接器。在4對(duì)線中，3對(duì)線用于數(shù)據(jù)傳輸，1對(duì)線用于沖突檢測(cè)。

在100BASE-T4的PCS子層，定義了一種新的信號(hào)編碼和收發(fā)技術(shù)，它采用8B6T編碼技術(shù)，即把8位二進(jìn)制碼組編碼成6位三進(jìn)制碼組，再經(jīng)過差分不歸零（DNRZ）編碼后輸出到3對(duì)數(shù)據(jù)線上。每對(duì)數(shù)據(jù)線構(gòu)成一個(gè)傳輸通道，且以半雙工模式工作，即三個(gè)通道要么全處于發(fā)送狀態(tài)，要么全處于接收狀態(tài)，每個(gè)通道的傳輸速率為33.3Mbps，三個(gè)通道的總傳輸速率為100Mbps，這樣就在音頻級(jí)的3類UTP電纜上實(shí)現(xiàn)了100Mbps的傳輸速率，用戶可以在原有3類UTP電纜系統(tǒng)基礎(chǔ)上，將10BASE-T升級(jí)到100BASE-T，充分利用已有的投資。

2）100BASE-TX

100BASE-TX是2對(duì)線UTP電纜系統(tǒng)，支持5類UTP和1類屏蔽雙絞線（STP）電纜。其中，5類UTP電纜采用RJ45連接器，而1類STP電纜采用9芯D型（DB-9）連接器。在4對(duì)線UTP電纜中，100BASE-TX只使用了2對(duì)線，構(gòu)成發(fā)送通道和接收通道，它們所用的線號(hào)與10BASE-T完全相同，以實(shí)現(xiàn)兼容性。由于發(fā)送通道和接收通道是相互獨(dú)立的，100BASE-TX的鏈路模式為全雙工。

在100BASE-TX的PCS子層，采用了FDDI網(wǎng)絡(luò)中的4B5B編碼技術(shù)，將4位二進(jìn)制數(shù)據(jù)用5位二進(jìn)制進(jìn)行編碼，然后再經(jīng)過差分不歸零（DNRZ）編碼后輸出到發(fā)送通道上。在4B5B編碼中，每個(gè)4位數(shù)據(jù)需要增加1位開銷，編碼效率是80%，即100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率需要125Mbps的信號(hào)速率，而傳統(tǒng)的曼徹斯特編碼只有50%的有效率?？梢?，100BASE-TX是采用集成方法實(shí)現(xiàn)的，而沒有采用定義新的信號(hào)編碼方法的技術(shù)路線，它將標(biāo)準(zhǔn)化的802.3MAC層和802.8（FDDI）的物理層有機(jī)地結(jié)合起來，在物理層直接采用FDDI網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器芯片，大大縮短了開發(fā)周期，節(jié)省了開發(fā)成本。

在構(gòu)造100BASE-T網(wǎng)絡(luò)時(shí)，主要使用100BASE-TX網(wǎng)絡(luò)硬件產(chǎn)品。

3）100BASE-FX

100BASE-FX是多模光纖系統(tǒng)，使用2芯62.5/125μm光纖。在2芯光纖中，一個(gè)用于發(fā)送數(shù)據(jù)，另一個(gè)用于接收數(shù)據(jù)，其鏈路模式為全雙工。它也采用FDDI網(wǎng)絡(luò)的物理層標(biāo)準(zhǔn)，使用相同的4B5B編碼器、收發(fā)器以及MIC、ST和SC連接器。100BASE-FX主要用于超長(zhǎng)距離或易受電磁波干擾的應(yīng)用環(huán)境。

100BASE-T網(wǎng)絡(luò)采用以集線器為中心的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并規(guī)定了計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)與集線器之間的最大電纜長(zhǎng)度：100BASE-T4和100BASE-TX均為100m；100BASE-FX為400m。并且100BASE-T4、100BASE-TX和100BASE-FX可以通過一個(gè)集線器實(shí)現(xiàn)混合連接，集成到同一100BASE-T網(wǎng)絡(luò)中。

4）10/100Mbps自動(dòng)協(xié)商

100BASE-T還有一個(gè)重要功能，即10Mbps和100Mbps兩種速率自適應(yīng)功能，這是通過10/100Mbps自動(dòng)協(xié)商功能實(shí)現(xiàn)的。自動(dòng)協(xié)商功能允許一個(gè)節(jié)點(diǎn)向同一網(wǎng)段上另一端的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廣播其傳輸容量。對(duì)于100BASE-T來說，自動(dòng)協(xié)商將允許一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的網(wǎng)卡或一個(gè)集線器能夠同時(shí)適應(yīng)10Mbps和100Mbps兩種傳輸速率，能夠自動(dòng)確定當(dāng)前的速率模式，并以該速率進(jìn)行通信。

自動(dòng)協(xié)商是在鏈路初始化階段進(jìn)行的。一個(gè)100BASE-T設(shè)備（網(wǎng)卡或集線器）初始啟動(dòng)時(shí)，將速率模式設(shè)置為100Mbps，并產(chǎn)生一個(gè)快速連接脈沖（FLP）序列來測(cè)試鏈路容量。如果另一端設(shè)備接收到FLP并能辨識(shí)其中的內(nèi)容，則說明該設(shè)備也是一個(gè)100BASE-T設(shè)備，它會(huì)向?qū)Ψ桨l(fā)送響應(yīng)脈沖信號(hào)。這時(shí)，雙方都知道對(duì)方是一個(gè)100BASE-T設(shè)備，將鏈路容量設(shè)置為100Mbps。如果另一端設(shè)備不能辨識(shí)這個(gè)FLP，則說明該設(shè)備不是一個(gè)100BASE-T設(shè)備，而是一個(gè)10BASE-T設(shè)備，它不會(huì)響應(yīng)對(duì)方的FLP。這時(shí)，100BASE-T設(shè)備將速率模式設(shè)置成10Mbps，重新發(fā)送一個(gè)正常連接脈沖（NLP）序列。如果對(duì)方給予響應(yīng)，說明對(duì)方確是一個(gè)10BASE-T設(shè)備，并將鏈路容量設(shè)置為10Mbps。

例如，如果一個(gè)10/100網(wǎng)卡和一個(gè)10BASE-T集線器連接，該網(wǎng)卡首先發(fā)送FLP來測(cè)試鏈路容量。由于對(duì)方是一個(gè)10BASE-T集線器，不會(huì)響應(yīng)該網(wǎng)卡的FLP。該網(wǎng)卡在超時(shí)后，會(huì)發(fā)送NLP再次測(cè)試鏈路容量。這時(shí)，10BASE-T集線器則會(huì)給予響應(yīng)。該網(wǎng)段的鏈路容量將被設(shè)置為10Mbps。如果將10BASE-T集線器升級(jí)為100BASE-T集線器，通過自動(dòng)協(xié)商可將該網(wǎng)段的鏈路容量自動(dòng)升級(jí)為100Mbps。在速率升級(jí)過程中，不需要人工干預(yù)。

此外，在兩端都是100BASE-T設(shè)備的情況下，也可根據(jù)需要將該網(wǎng)段的鏈路容量設(shè)置為10Mbps。鏈路容量測(cè)試和自動(dòng)協(xié)商功能也可由網(wǎng)絡(luò)管理軟件來驅(qū)動(dòng)。

2．網(wǎng)絡(luò)組成技術(shù)

100BASE-T網(wǎng)絡(luò)采用了與10BASE-T相同的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)則進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和重定義，見圖1-8。

100BASE-T網(wǎng)絡(luò)可以采用集線器或交換機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)，集線器和交換機(jī)是兩種不同的設(shè)備，集線器是一種物理層設(shè)備，功能相當(dāng)于多口中繼器。交換機(jī)是一種鏈路層設(shè)備，功能相當(dāng)于網(wǎng)橋。使用不同的設(shè)備組網(wǎng)時(shí)，它們的拓?fù)湟?guī)則是不同的。100BASE-T網(wǎng)絡(luò)的主要拓?fù)湟?guī)則如下：

（1）采用UTP電纜連接時(shí)，計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)與交換機(jī)或集線器之間的最大電纜長(zhǎng)度為100m；

（2）采用光纖連接時(shí)，計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)與交換機(jī)之間的最大光纖長(zhǎng)度為400m。如果采用遠(yuǎn)程光收發(fā)器，兩臺(tái)設(shè)備之間的連接距離可達(dá)2000m；

（3）采用集線器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，一個(gè)網(wǎng)段中最多允許有兩個(gè)集線器，集線器之間的最大電纜長(zhǎng)度為5m，兩個(gè)計(jì)算機(jī)端點(diǎn)之間的最大網(wǎng)絡(luò)電纜長(zhǎng)度為205m（100+5+100=205m）；

（4）采用交換機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，允許使用多個(gè)交換機(jī)，計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)與交換機(jī)之間以及交換機(jī)之間的最大電纜長(zhǎng)度均為100m。