局域網的物理層是國際標準化組織(ISO)定義的的開放系統互聯/基本參考模型(OSI/RM)的最底層,直接與傳輸媒體相連,承載信息傳輸;關鍵是,在采用載波偵聽多路訪問/碰撞檢測(CSMA/CD)技術的媒體訪問方法的以太局域網,與IEEE 802標準所規范的其它媒體控制訪問方法的局域網相比,其物理層(PHY)支持的傳輸媒體形式、傳輸數據速率及相關特征等要復雜的多,產生了眾多的物理層種類,如我們常見的1BASE5、10BASE-T、100BASE-FX、1000BASE-X或10BROAD36等等。那么它們的含義如何,有什么規律呢?這即是以太局域網物理層與媒體的標記方法,也或稱以太網的命名方法。下述依據IEEE 802.3標準予以介紹之。
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1、早期的物理層與媒體標記法
在早期的IEEE 802.3《IEEE Standard for Information Technology-Telecommunications and Information Exchange Between Systems- Local and Metropolitan Area Networks- Specific Requirements Part 3: Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection(CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications》(IEEE標準-信息技術-系統間的電信和信息交換-局域網和城域網-特殊要求-第3部分:帶有碰撞檢測的載波偵聽多址(CSMA/CD)訪問方法和物理層規范)中,規定了局域網物理層與媒體的標記法,它規定了一種采用三字段的表示法,如:
< data rate in Mbit/s> < medium type > < maximum segment length (x 100 m)> 即
< 數據速率(Mbit/s)> < 媒體類型 > < 最大段長(x 100 m)>
例如:包含一種10Mbit/s基帶規范,標識為“TYPE 10BASE5”,其含義是10Mbit/s基帶媒體,其最大段長度為500m。這種標記方法是基于早期研究的局域網物理層(PHY)的分層而做出的,如下圖1所示。且媒體(介質)的種類相對較少,如當初的同軸電纜(粗纜或細纜)。
圖 1:早期局域網物理層的分層
2、改版的物理層與媒體標記法
然而,隨著基于載波偵聽多路訪問/碰撞檢測(CSMA/CD)技術的媒體訪問方法,在物理層上其邏輯劃分及相互間的適應性、包括在實現上(各種媒體種類)的研究發展與演進,其物理層的邏輯劃分變得異常復雜,如下圖2所示(事實上,已將千兆位媒體不相關接口(GMII)演進成xGMII,其中x目前已達400)。再用早期的標記方法已經無法表征或涵蓋一臺局域網物理層和媒體的更多特征。因此,在新版的IEEE 802.3《IEEE Standard for Ethernet》標準中,將其物理層與媒體三字段標記法修改為:
< data rate > < modulation type > < additional distinction > 即
< 數據速率 > < 調制類型 > < 額外區別 >
圖2:新的局域網物理層的分層
此時,對于數據速率(data rate),如果僅是數字,則表示速率為Mbit/s;如果數字后綴一個“G”字母,則表示數據速率為Gbit/s。目前其物理層的數據傳輸速率種類可多達十多種,且最大傳輸數據速率已達400Gbit/s。調制類型(modulation type)表示如何在媒體上傳輸編碼數據,如“BASE”、“BROAD”、“PASS”等(“BROAD”和“PASS”使用的較少)。額外的區別(additional distinction)用以識別傳輸或媒體的特性,在某些情況下,使用于物理編碼子層(PCS)的編碼類型,如:“T”表示雙絞線,“F”表示光纖;“B”表示雙向光纖,“X”表示用于一個操作速度的PCS塊編碼(如64B/66B等)。事實上對于“額外區別(additional distinction)” 在新版的IEEE 802.3標準中有很多的符號來表示不同的媒體的類型或不同PCS編碼類型及通道數等。
3、標記示例
下表3-1給出了關于“數據速率”、“調制類型”、“額外區別”的含義及符號示例。下表3-2給出了早期(802.3an標準之前,即10G及以下系統)常用的以太網網物理層與媒體的標記,包括種類(31種)、含義及對應的IEEE802.x標準族編號等。
表 3-1:以太局域網物理層與媒體的標記方法及其符號的含義
表 3-2:常用以太局域網物理層與媒體標記的種類、含義及特點
從表3-2中看出,在最早的標記方法中,在媒體類型(調制類型)和最大段長(額外區別)之間是沒有連線“-”的,如10BASE5等,這也是新舊標記方法的一個不同點,后來的標記方法中要使用一個連線的,如10BASE-T等等,且信號的表示符號通常要大寫。
下表3-3列出了ISO/IEC 8802.3-2021《信息技術-電信和交換系統間互聯-局域網和城域網-特性要求要求-第3部分:以太網標準》中,物理層(包括物理劃分子層,如物理編碼子層(PCS)、物理介質附件(PMA)子層、物理介質相關(子層PMD)等)和物理層媒體(介質)的所有系統的標記類型種類(約80多種)。
表 3-3:ISO/IEC 8802.3-2021中物理層和媒體的標記種類
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