代码编织梦想

        说完千兆以太网电口,我们再来研究一下千兆光口的物理层规范。

        千兆以太网标准IEEE 802.3z于1998年6月获得批准,它为三种传输媒质定义了三种收发器:1000BASE-LX用于安装单模光纤,1000BASE-SX用于安装多模光纤,1000BASE-CX用于平衡、屏蔽铜缆,可以用于机房内设备的互连。IEEE 802.3ab定义了在5类线的基础上运行千兆以太网1000BASE-T的物理层,并在1999年6月得到批准(光口规范的推出时间比电口还早一年)。

        1000BASE-X:

        IEEE802.3z定义了基于光纤和短距离铜缆的1000BASE-X;采用8B/10B编码技术,信道传输速度为1.25Gbit/s,去除编码开销后实现1000Mbit/s传输速度;

        根据前文《【以太网硬件三】1000base-T和1000base-TX有什么区别?》中以太网物理接口命名规则我们知道,1000表示千兆速率,base表示基带传输,X表示采用了8B/10B分组码编码方式,1000base-X包括以下三种物理媒介接口,如下图1000base-X物理层与OSI对照关系:

        1000BASE-CX:

        采用的是150Ω平衡屏蔽双绞线(STP),使用9芯D型连接器连接电缆;采用8B/10B编码方式,最大传输距离25米;适用于交换机之间的连接,尤其适用于主干交换机和主服务器之间的短距离连接。当下这种接口应用比较少见了;

        1000BASE-LX:

       1000BASE-LX采用单模或多模长波激光器(long wavelength laser)的规格。采用直径为9um或10um的单模光纤,工作波长范围为1270-1355nm,传输距离为5km左右。采用直径为62.5um或50um的多模光纤时,工作波长范围为1270-1355nm,传输距离为550m;

        1000BASE-SX:

       1000BASE-SX 采用多模短波激光器(short wave-length laser)的规格;只支持多模光纤,可以采用直径为62.5um或50um的多模光纤,工作波长为770-860nm,传输距离为220-550m;

        下面我们看一下1000base-X物理层的功能描述:

        从以上1000base-X物理层功能模块框图可以看出,PHY层同样按功能划分为PCS、PMA、PMD:

        PCS层完成如下功能:

a) 完成GMII与PMA之间的8B/10B 编解码(这个从pcs层数据从输入的TXD[7:0]变为tx_code-group[9:0]可以看出)和加扰解扰(框图中没有画出,我理解为加扰在千兆物理层是可选项目);

b) 生成载波检测和冲突检测指示,供PHY的半双工客户端使用;

c) 管理自动协商过程,并在物理层准备好时通过GMII通知管理层。

        详细PCS层功能描述见802.3 clause 36.2。

        PMA层完成如下功能:

a) 通过PMA服务接口在PCS和PMD之间映射发射和接收位;

b) 完成PCS与PMD之间的数据串行/解串;

c) 从PMD提供的8B/10B编码数据中恢复时钟;

d) 通过PMD服务接口在PMA和PMD之间映射发射和接收位

e) PMD服务接口处的数据环回。

        详细PMA层功能描述见802.3 clause 36.3。

        PMD层完成如下功能:

a) 完成PMD到传输介质的信号收发;

b) 完成NRZ信道编码;

c) 完成光信号检测并上报;

        详细PMD层功能描述见802.3 clause 38、39。

        关于编码层最主要的8B/10B编码,编码原理已在《【以太网硬件四】以太网信道编码方式有哪些?》一文中有过分享,在此不再赘述。

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