多速率以太网
多速率以太网又称之为多千兆以太网,标准为IEEE 802.3bz,是以太网技术的最新发展阶段之一,其旨在提供比1 Gbps更高的带宽,但仍然能够利用现有的Cat5e/Cat6电缆基础设施,以满足现代企业网络对更高带宽的需求。
为什么需要多速率以太网?
从上世纪70年代以太网诞生开始,在市场需求促使下,行业与电气与电子工程师协会IEEE快速推动了百兆、千兆、万兆、100GE等以太网标准的建立。
随着网络技术的飞速发展,企业网络甚至家庭网络对数据传输速率的要求越来越高。WLAN网络及智能终端的普及,也使得网络中智能手机、平板电脑和IoT设备的使用量激增。功能强大的移动设备的持续采用,以及基于云的应用程序传输丰富的内容(例如高清视频),使得当下主流的千兆以太网正迅速成为企业和家庭网络的瓶颈,其最直接的解决方案就是将以太网带宽升级到10Gbps。
然而,目前大多企业网络环境中部署的多为Cat5e(超五类双绞线)和Cat6(6类双绞线)线缆,其无法支持10Gbps的传输速率,如果以太网直接升级到10Gbps,则需要同时更新线缆。这将会导致网络的改造成本非常高。
线缆类型 |
100米时的最大传输速率 |
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Cat5 |
1Gbit/s |
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Cat5e |
2.5Gbit/s |
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Cat6 |
5Gbit/s |
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Cat6a |
10Gbit/s |
基于上述问题,多速率以太网标准IEEE 802.3bz应运而生,其包含了2.5Gbps与5Gbps两种速率规格。多速率以太网正好符合Cat5e和Cat6的带宽特性,这样在网络升级时,就能够兼容现有网络主流的Cat5e与Cat6线缆,多速率以太网的最大意义即在于此。
多速率以太网的诞生与关键技术
多速率以太网的诞生
IEEE 802.3an-2006 标准中定义了10GBASE-T以太网标准,以规定支持高达10Gbps速率传输所需的网络技术。10GBASE-T的推出比以前的以太网修订版更加循序渐进,部分原因在于新技术的每个端口成本相对较高,但主要原因是Cat5e/6电缆基础设施无法完全支持该标准。10GBASE-T需要采用升级的电缆标准Cat6a,这意味着企业将将面临更换现有电缆基础设施的巨大成本的挑战。
为了解决这个问题,2014 年,包括Cisco、Aquantia、NXP和Intel在内的许多业内公司成立了NBASE-T联盟,以推出两种中间传输速度的规范:2.5GBASE-T和5GBASE-T。
NBASE-T规范已获得IEEE批准,并在新标准IEEE 802.3bz中发布。这一新标准使企业能够利用现有的电缆投资,通过使用符合IEEE 802.3bz标准的新设备替换电缆两端的设备,在继续使用Cat5e和Cat6设施的同时实现最大5倍的带宽提升。
多速率以太网的MIMO技术
多速率以太网通过在现有的以太网硬件上增加更多的数据通道来提高带宽。每个通道都可以独立地传输数据,从而增加了总体的数据传输速率。在以太网技术中,这些通道被称为"MIMO"(多输入多输出)通道。
多速率以太网还使用了更高级的调制技术,如PAM-16(脉冲幅度调制),以允许每个通道传输更多的数据。这种技术的使用使得多速率以太网能够在相同的物理布线上提供比传统以太网更高的速度。
多速率以太网的PHY技术
相较于千兆以太网,多速率以太网需要在网线上承载更高的速率、对抗更高的信号损耗与干扰,这就要求更加复杂的数字信号处理算法与带宽更大、线性度更高的模拟前端技术。
多速率以太网PHY使用的LDPC纠错码算法是世界上商用的编码增益最高的物理层纠错码算法之一,可以将物理层的误码率降低到1E-12以下,从而使链路保持高可靠、长期不丢包。除此之外,为了避免传统DFE均衡器误码传播的问题,还采用了THP预编码+软判决的方法,进一步降低了误码率。
为了在网线有限的带宽上传输更多的数据,相较于千兆以太网的PAM-5调制,2.5Gbps、5Gbps以太网采用了PAM-16的高阶调制。高阶的调制能够在单位Hz的频宽上承载更多的bit数,但这也对模拟前端的线性度和系统噪声提出了更高要求。
除此之外,为了提升四对网线带宽的利用率,它还采用了同时同频全双工技术,即在同一对差分线缆上,同时、同频地传输Master-Slave以及Slave-Master的信号。相比传统的时分系统或频分系统,这种传输模式有约2倍的信息传输效率。
除了数据传输本身,多速率以太网PHY还提供了抗电磁干扰、快速重训练(FR)、自适应速率协商等机制,以便让设备工作在更加多样的工作环境中。
多速率以太网支持PoE供电
多速率以太网应用的主要场景之一是WLAN AP数据的回传。在实际设备部署时,AP设备需要供电,而AP设备经常部署在天花板、墙壁上这些不易供电的地方,如果单独拉电线无疑会增加园区业主的施工和维护成本。如此,以太网供电就显得尤为重要。
以太网供电(PoE,Power over Ethernet)技术,可以允许网线在传输数据的同时为设备提供电能,且不影响正常的数据传输。现在PoE标准已经有三份,802.3af(PoE)、802.3at(PoE+)、802.3bt(PoE++)。
多速率以太网标准IEEE 802.3bz在所有数据速率下支持PoE、PoE+、PoE++,最大限度地降低了部署成本和提高了网络的灵活性。
华为多速率以太网交换机
当前多速率以太网已成为千兆到万兆过渡时期的最佳选择,并在快速的发展。
为此,华为推出了CloudEngine S5735-S-V2、CloudEngine S5755-H、CloudEngine S5732-H-V2等多个系列数十款支持多速率以太网标准的交换机,帮助企业在不更换电缆基础设施的情况下实现带宽升级。同时,华为多速率交换机也兼容多种802.3以太网标准,支持100M/1GE/2.5GE/5GE/10GE Base-T等以太网端口,实现了百兆到万兆的灵活速率切换。
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- 作者: 张齐民
- 最近更新: 2024-08-15
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