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IEEE 802.3以太网标准介绍

浏览:26740  来源:通信人在线  日期:2023-10-15

一、引述

1IEEE 802.3标准与“CSMA/CD

IEEE 802.3标准是由美国的IEEE 802标准委员会(LMSC)中的IEEE 802.3工作组所研究制定并发布的标准或称协议。IEEE 802.3工作组的主要任务是研究和制定以太网(Ethernet)相关的标准内容,主要应用于局域网中,其采用的媒体访问方法是基于“载波侦听多路访问/碰撞检测”(CSMA/CDCarrier Sense Multiple Access/Collision Detection)技术的协议。因此称IEEE 802.3标准是采用CSMA/CD作为媒体访问方法的局域网综合性标准。事实上,人们习惯上使用“以太网”一词来代表以CSMA/CD为基础或由此演变而来的一类局域网。

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2、相关“结构化布线”

由于建筑物内对电话与数据通信需求的增加,建筑界迫切要求有关通信介质的敷设能在建筑工程完成前一次到位,敷设后又能根据用户变化的需求方便地调整。于是,以双绞线为基础的楼宇布线系统(PDSPremises Distributed System)应运而生。PDS依大楼的应用需求和建筑物(群)的结构,按楼间、楼内垂直干线、水平楼层和工作区等,以结构化的方式进行布线,故PDS又称为结构化布线系统(Structured Distributed System)。结构化布线系统首先是针对话音与数据通信介质网而发展起来的技术,其核心是“结构化”。出于实际需要,某些楼内的控制系统也采用了双绞线作通信介质,有人也借用了“结构化布线”的思路进行相关线路的敷设,因此,有人把这类系统称为综合布线系统。不过,在实践中,“综合布线”一词也仅限于话音与数据传输用介质的布线工程。以太网技术与这一布线工程发展动向相配合,便产生了吞吐率为10 Mbps的树型拓扑结构的以太网l0BASE-T。鉴于此,这也就是IEEE 802.3标准所要规范的内容。且由于IEEE 802.3标准的研究,也出现了l0BASE-F等。

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二、IEEE 802.3标准

IEEE 802标准委员会(LMSC)的众多工作组中,IEEE 802.3工作组最为活跃,虽然有许多工作组已解散或休眠,但IEEE 802.3工作组至今仍然在不断研制并发布大量的以太网标准。

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1、标准的概述

对于采用CSMA/CD技术作为媒体访问方法的以太网标准,随着用户对局域网总吞吐率和单机上网速率要求的提高,起始1~10 Mbps的速率已不能满足局域网建网的需求。于是,一方面,更高速率的以太网技术相继出现,如100Mbps的快速以太网(FE)和1Gbps的超高速以太网(GE),以及后来出现的10Gbps的甚高速以太网(10GE),乃至更高速以太网(100GE400GE),正在研制的800GE1.6TE另一方面,为了支持多个共享式以太网的高速互联,局网交换技术得到了迅速发展。为了克服粗缆的50m、双绞线的100m的距离限制和提高通信线路抗干扰的能力,以光纤媒体介质为基础的以太网标准也相继问世。还有,正在将基于载波检测多址/冲突检测 CSMA/CD)的以太网的应用场景在不断扩展,从局到接入网(EPON)、从结构化布线到汽车电子以太网。因此,IEEE 802.3的标准正是是随着研制这些实现的技术或功能,发布了一个个独立的标准,称为IEEE 802.3标准族。

2、标准的族

刚开始时,IEEE 802.3工作组发布的标准是以IEEE 802.3xx = a~z)编号发布,即以工作组编号后缀一位小写英文字母,顺序编号,形成其标准族。由于其独立编号的标准太多,不得不用两位后缀英文字母编号之,即IEEE 802.3yx。此时yx均可取a~z,首先x26个字母顺序编号后y再从a依次顺序编号。下表2-2汇总了IEEE 802.3标准族情况,包括标准的编号及其概要。可知,到2022y已编排到 d,标准族非常庞大,且仍在研制发布中。需要注意的时,IEEE 802.3工作组在对某一个独立标准有修订时,所发布的修改单也占用其一个标准编号

2-2IEEE 802.3标准族简介

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3、标准的整合版本

由于各独立的IEEE 802.3yx标准族太多,为使用上带来了不便。因此,IEEE 802.3工作组从1985年开始,不断地将前期所发布的独立的系列标准族收集整理到一起,统称为IEEE 802.3整合标准,并以发布年号标识不同的版本。如IEEE 802.3-1985IEEE Standards for Local Area Networks: Carrier Sense Multiple Access With Collision DetectionCSMA/CDAccess Method and Physical Layer Specifications》(IEEE 局域网标准:载波检测多址访问与冲突检测 CSMA/CD)的访问方法和物理层规范)。新发布的整合版本是不定期的(大约三年左右发布一个新的版本),截止到2022年底,已发布了IEEE 802.3-2022版本。新版本会将前一版本后所发布的新标准族(包括修改单)整合到新的版本中去,同时新的版本将取代前一版本。另外,IEEE 802.3整合版本IEEE 802.3-XXXX的标准名称在不断的变化之中,如目前新版本已变为《IEEE Standard for Ethernet》(IEEE以太网标准),进行了简化。下表2-3汇总了历次整合版本的发布情况,包括发布时间和标准名称等。

2-3IEEE 802.3整合版本IEEE 802.3-XXXX的历次发布情况

4、关于IEEE 802.3.1IEEE 802.3.2标准

另外,IEEE 802.3工作组还单独发布有两类模块的IEEE 802.3.1MIB模块)与IEEE 802.3.2YANG模块)标准,它们都是以机器可读的格式发布这些模块。IEEE 802.3.1IEEE 以太网管理信息库(MIB)定义标准》,它的第1个版本是IEEE 802.3.1-2011,目前时修订版本IEEE 802.3.1-2013。该标准的具体内容介绍详见下表2-4中。IEEE 802.3.2IEEE 以太网标准  YANG 数据模型定义》,它的第1个版本是IEEE 802.3.1-2019,目前现行。该标准的具体内容介绍也见下表2-4中。

2-4IEEE 802.3.1-2013IEEE 802.2-2019内容简介

三、802.3标准族演进的主要变化

从表2-2中可以看出,IEEE 802.3标准族所规范的内容明显呈现出下列的几个变化:

1传输速率的变化

其以太网的系统传输速率由1 Mbit/s10 Mbit/s100 Mbit/s进而发展到1Gbit/s10Gbit/s100Gbit/s乃至400Gbit/s800Gbit/s1.6Tbit/s正在研究之中)。各种速率类型以太网的接口类型、含义及特点等详见下表3-1

3-1:各种速率类型以太网的接口类型、含义及特点

2物理介质的变化

其各类以太网(FEGE)由开始的铜线(粗缆或细缆)、到双绞线(3/4/5/6类的UTPSTP)、到光纤(多模(MMF)或单模(SMF))。

3传输距离的变化

其各速率以太网系统的传输距离由开始的几米、100米、500,到数公里和数十公里,具体情况详见下表3-3

3-3:各种速率类型以太网的传输距离

4接口种类的增加

这与物理介质的变化相对应,可以从接口类型“nBASE-X”中的介质代码“X”变化可以看出,具体详见下表3-4

3-4:常用的各种以太网技术所采用的线路编码方式

5编码效率的提高:

其各速率以太网系统的路线路编码由刚开始的曼彻斯特码(1B2B编码,效率为50%)、4B5B8B10B64B66B(效率为96.97%),具体也见表3-4中。

6网络拓扑的变化

由刚开始的单纯的以太网到接入网络,目前可以支持四种接入网拓扑以及相应的物理层:铜线上以太网(EoVDSL),在750m上传送10Mb/s;点到点光纤上的以太网,在最长10km上传送1000Mb/s;点到多点光纤上的以太网(EPON),在最长10km上传送1000Mb/s;波分复用(WDM)上的以太网,在40km上传输100Gbit/s。如802.3ah标准中就主要涉及VDSLEPON两种标准。

四、IEEE 802.3标准的国际化

整合的IEEE 802.3-XXXX已被国际标准化组织(ISO)接收为ISO/IEC标准,也即由协会标准转化为国际标准,便于在国际上推广使用。其标准是随着IEEE 802.3-XXXX版本的修订更新而更新,现行为ISO/IEC 8802-3-2021 《信息技术-电信和交换系统间互联-局域网和城域网 特性要求要求-3部分:以太网标准》(注:依据IEEE 802.3-2018标本制定)。另外,IEEE 802.3.2-2019标准也有其ISO标准,即ISO/IEC 802-3-2-2021 《信息技术-电信和交换系统间互联-局域网和城域网的要求-3-2部分:以太网YANG数据模型定义标准》。

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我国曾在1995年首次将ISO/IEC 8022-3-1990标准转化为(IDT)国内标准GB/T 15629.3-1995,后在2014年又将ISO/IEC 8022-3-2000版本转化为(MOD)国内标准,被发布为GB/T 15629.3-2014《信息技术 系统间远程通信和信息交换 局域网和城域网 特定要求 3部分:带碰撞检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)的访问方法和物理层规范》,目前国内仍然有效。

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附录
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