詳解乙太網介質技術發展史！

隨著雲計算、軟體定義網路等技術潮流趨勢，乙太網在可靠性和速率上發生了巨大的技術變革，今天我們從乙太網介質入手，談談乙太網技術的發展。言歸正傳，下面從乙太網標準，介質發展開始今天的話題。

1973年， Xerox公司提出乙太網技術並實現之，最初乙太網數率只有2.94Mbps

1980年， Digital Equipment Corporation ，Intel，Xerox，三家聯合推出10Mbps DIX乙太網標準

1995年，IEEE正式通過了802.3u快速乙太網標準

1998年，IEEE802.3z千兆乙太網標準正式發布

1999年，發布IEEE802.3ab標準，即1000BASE-T標準

2002年7月18日，IEEE通過了802.3ae，即10Gbit/s乙太網，又稱為萬兆乙太網，它包括了10GBASE-R,10GBASE-W，10GBASE-LX4三種物理介面標準。

2004年3月，IEEE批准銅纜10G乙太網標準802.3ak，新標準將作為10GBASE-CX4實施，提供雙軸電纜上的10Gbps的速率

在剛萌芽時期的乙太網是共享式乙太網，共享式乙太網當時存在常見幾種傳輸介質。

10Base5：粗同軸電纜(5代表電纜的欄位長度是500米)

10Base2：細同軸電纜(2代表電纜的欄位長度是200米)

但是在共享式乙太網之時，使用一種稱為抽頭的設備建立與同軸電纜的連接。須用特殊的工具在同軸電纜里挖一個小洞，然後將抽頭接入。此項工作存在一定的風險：因為任何疏忽，都有可能使電纜的中心導體與屏蔽層短接，導致這個網路段的崩潰。同軸電纜的致命缺陷是：電纜上的設備是串連的，單點的故障可以導致這個網路的崩潰。

雙絞線分為屏蔽雙絞線與非屏蔽雙絞線兩大類，為了提高雙絞線的抗電磁干擾的能力在雙絞線的外面加上了用金屬絲編織成的屏蔽層，構成了屏蔽雙絞線STP (Shielded Twisted Pair)。對應的沒有加金屬屏蔽層的則是無屏蔽雙絞線UTP(Unshielded Twisted Pair)。

根據屏蔽方式的不同，屏蔽雙絞線又分為三類，即STP(Shielded Twicted-Pair)、FTP(Foil Twisted-Pair)和SFTP(Shielded Foil Twicted-Pair)。

非屏蔽雙絞線目前總共有7類(EIA/TIA 568-A標準將非屏蔽雙絞線分為7個種類)，網路傳輸使用的就是3、4、5類，我們一般在數據傳輸過程中主要用的就是5類型(Category 5或CAT5)。

EIA/TIA對5類雙絞線的線序有兩種規定，根據網線兩端線序的不同，就有了直連線和交叉線的區別。

568A：綠白、綠、橙白、藍、藍白、橙、棕白、棕

568B：橙白、橙、綠白、藍、藍白、綠、棕白、棕

交叉線：一端是568A標準，另一端是568B標準的雙絞線。

直連線：兩端都是568A或都是568B標準的雙絞線。

由雙絞線製成的乙太網線纜從RJ45接頭中引出8芯細線。細線外絕緣層上的顏色進行分組標識，通常利用單色和單色加上白色作為成對標識。區分直連標準還是交叉網線的實際操作方法就是把網線兩端的RJ45口同一面對齊，水晶頭中的細線顏色一致的即是標準網線，反之就是交叉網線。

標準乙太網(10Mbit/s)的網路定位

10Mbit/s的乙太網通常只定位在網路的接入層，新一代多媒體、影像和資料庫產品很容易將10Mbit/s運行的乙太網的帶寬吞沒。10Mbit/s的乙太網可以實現100m距離的連接。

非屏蔽雙絞線(UTP)出現，並迅速得到廣泛的應用。UTP的巨大優勢在於.價格低廉，收發使用不同的線纜，邏輯拓撲依舊是匯流排的，但物理拓撲變為星形。

快速乙太網(100Mbit/s)的網路定位

數據傳輸速率為100Mbps的快速乙太網是一種高速區域網技術，能夠為桌面用戶以及伺服器或者伺服器集群等提供更高的網路帶寬。IEEE為快速乙太網制訂的標準為IEEE802.3u。

工作在全雙工模式下的快速乙太網可以同時以100Mbit/s的速率進行收發操作，數據發送和接收的傳輸通路是彼此獨立的，這樣就不再有衝突和衝突的情況發生，提高了網路的通信效率。

千兆乙太網

千兆乙太網是對IEEE802.3乙太網標準的擴展，在基於乙太網協議的基礎之上，將快速乙太網的傳輸速率100Mbps提高了10倍，達到了1 Gbps。標準為IEEE802.3z (光纖與銅纜)和IEEE802.3ab(雙絞線)。

許多匯聚層的乙太網交換機均提供千兆介面，用於連接其他的交換機，組成更大的網路，許多支持堆疊功能的乙太網交換機也是採用千兆介面實現堆疊功能的。所謂堆疊，是指通過軟硬體的支持，將一組交換機連接起來作為一個對象加以控制的方式，通常有菊花鏈模式和星型模式。其最大優點在於可實現簡單的本地管理，但由於是一種非標準技術，通常不支持各個廠家交換機的混合堆疊。

IEEE802.3z的線纜標準

1000BaseLX是一種使用長波激光作信號源的網路介質技術，在收發器上配置波長為1270-1355nm(一般為1300nm)的激光，既可以驅動多模光纖，也可以驅動單模光纖。

1000BaseSX是一種使用短波激光作為信號源的網路介質技術，收發器上所配置的波長為770-860nm(一般為800nm)的激光傳輸器不支持單模光纖，只能驅動多模光纖。

1000BaseCX使用的一種特殊規格的高質量平衡雙絞線對的屏蔽銅纜，最長有效距離為25米，使用9芯D型連接器連接電纜。

IEEE802.3ab的線纜標準

1000BaseT是一種使用5類UTP作為網路傳輸介質的千兆乙太網技術，最長有效距離與100BASETX一樣可以達到100米。用戶可以採用這種技術在原有的快速乙太網系統中實現從100Mbps到1000Mbps的平滑升級。

千兆乙太網使用1000BASE-X(8B/10B)編碼可支持三種介質:光纖(單模和多模)；4對線的5類UTP(1000BASE-T)；特殊的兩對線STP電纜(也稱為短銅跳線Short Copper Jumper)。1000BASE-X是一種在802.3中定義的協議。

1000BASE-X支持三種光纖:50um多模光纖，62.5um多模光纖和9/10um單模光纖。

1000BASE-X支持兩種用於激光碟機動器的光波長:短波(850nm，稱為1000BASE-SX)和長波(1300nm，稱為1000BASE-LX)，每個連接需要兩根光纖，分別用於接收和發送。

從協議上來說，1000BASE-X有SFP、GBIC等熱插拔的封裝，還有1x9等插針式封裝。

從封裝上來說，SFP是設備的一種介面，如1000BASE-X、1000BASE-T、100BASE-X、OC3(STM-1)、OC12(STM-4)、OC48(STM-16)等多個協議的產品都可以做成SFP封裝。

乙太網自協商

乙太網技術發展到100M速率以後，出現了一個如何與原10M乙太網設備兼容的問題，自協商技術就是為了解決這個問題而制定的。

自協商功能允許一個網路設備將自己所支持的工作模式信息傳達給網路上的對端，並接受對方可能傳遞過來的相應信息。

為了保持與現有10BASE-T不具備自協商功能的設備的兼容性，自協商協議還具有接受與10BASE-T兼容的連接整合性測試脈衝(Normal Link Pulse普通連接脈衝NLP)的功能，當一個設備不能對快速連接脈衝做出有效的反應，而僅返回了一個普通連接脈衝時，它將被作為一個10BASE-T兼容設備對待。

在鏈路初始化時，自協商協議向對端設備發送16bit的報文並從對端設備接收類似的報文。根據需要，一個報文可以使用多個16bit的「頁」，但最常見的協商只需要基本頁的操作。

自協商的內容主要包括速度、全雙工、流控等等，一方面通知對端設備自身可工作的方式，另一方面，從對端發來的報文中獲得對端設備可以工作的方式。

當協商雙方都支持一種以上的工作方式時，需要有一個優先順序方案來確定一個最終工作方式。下圖按優先順序從高到底的順序列出了IEEE 802.3所支持的五種模式。

自協商功能除了可以發送基本頁信息來進行信息的交換，還可以通過發送下一頁信息的功能來進行額外的信息的交換。下一頁信息的編碼又分為兩種，一種是消息頁編碼，另外一種是非格式化頁編碼，消息頁是用來定義一套消息的，非格式化頁在某一消息頁後發送，用來表示這一消息的數據信息，一個消息頁後面可以跟隨不止一個非格式化頁。

光纖連接器是把兩個光纖端面結合到一起，以實現光纖與光纖之間可拆卸連接的器件。

光纖連接器由光纖和光纖兩端的插頭組成，插頭由插針和外圍的鎖緊結構組成。根據不同的鎖緊機制，光纖連接器可以分為FC型、SC型、LC型、ST型和MTRJ型。

光纖連接器按端面研磨方式，分為平面(FC，Flat Contact)、球面(PC，Physical Contact)和斜球面(APC，Angled Physical Contact)。

光模塊按封裝類型，分為SFP/ESFP、SFF、GPIB、1x9 SC型。

SFP (Small Form factor Pluggable)光模塊，其收發分開，採用LC光纖，支持熱插拔。

ESFP (Enhanced Small Form factor Pluggable)相比SFP增加了對光模塊溫度、偏置電流、電壓等監測功能。

SFF與SFP基本一樣，唯一區別只是SFF為管腳固定式，不可熱插拔。

GBIC (Gigabit Interface Converter)乙太網封裝的光模塊，其收發分開，採用SC光纖接頭，多模的波長為850nm，單模有1310nm和1550nm，支持熱插拔。

1x9 SC型採用固定式，使用SC接頭。

光模塊按照光傳輸模式，分為單模與多模。通常在光模塊的標籤可以獲取到相應信息：SM表示單模，MM表示多模。

光模塊按激光器的類型，可分為發光管LED、FP激光器、DFB激光器、VCSEL激光器。

光模塊按工作波長，分為850nm、1310nm、1550nm等。

光模塊按傳輸距離，分為2Km、10Km、15Km、40Km、80Km等

光纖的主要特性參數有色散、衰減、帶寬、截止波長、數值孔徑等。通常我們關注最多的是色散和衰減特性。這兩個特性與具體的應用關係很大。色散過大會限制光傳輸的帶寬，而衰減則影響傳輸距離。

色散即光脈衝變寬，影響因素主要有模式色散、材料色散和波導色散，其中模式色散(對多模光纖)和材料色散影響較大。色散與帶寬成反比，色散越大，帶寬越小。光信號在光纖中傳播由於不同模式傳播速率不同、材料特性、波導結構等因素造成光脈衝展寬的現象，叫做光的色散。

衰減即光功率下降分貝數，影響因素有吸收衰減、散射衰減和彎曲衰減，其中本徵吸收衰減、雜質吸收衰減、瑞利散射影響較大。衰減與傳輸距離成反比，衰減係數越大，則傳輸距離越短。

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