100_1000兆位以太网物理层通信的研究分析
穆德恒
【摘 要】[摘要] 目前很多单位网络设备处于百兆千兆设备共存的情况，存在着百兆、千兆设备互联时的一些通信问题。为了理解网络通信的基本原理，从OSI的7层结构和IEEE802协议入手，研究分析百兆、千兆以太网的数据链路层和物理层的结构体系，重点对百兆、千兆以太网的MAC层和物理层通信规则作了对比和详细分析介绍，并在遇到网络通信障碍时，提出应该如何解决问题的方向。
【期刊名称】计算机与网络 【年(卷),期】2014(000)006 【总页数】4
【关键词】[关键词] 以太网介质访问控制层 物理层介质独立界面 载波检测多路访问/冲突检测
1 引言
最近维护网络时发现一个问题，从墙壁网络信息插座上引出的网线接在笔记本电脑上可以上网，但网线接在台式机上就上不去网了，网络状态显示为连接，但是只有发包数，收包数为0。墙壁信息插座另一头的交换机是百兆接口，可以确定台式机是没有问题，在其他地方是可以上网的。笔记本与台式机的区别为笔记本为千兆网卡，台式机是百兆网卡。开始以为台式机网卡损坏，所以换了一块百兆网卡，但是问题和原来一样。换了一个笔记本，可以上网。这个笔记本的网卡为千兆。为什么只有千兆的笔记本可以上网，而百兆网卡的台式机就上不去网呢？
换了一根从信息插座到电脑的网线，结果台式机网上去了。拿测线仪检查原来的网线，发现原来网线有问题，线序是：一端为白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕和棕（即568B标准），另一端为白橙、橙、白蓝、蓝、白绿、绿、白棕和棕（3、5脚接反了）。由此得到原因：一端网线的3、5脚反了。造成线路看似连通，电源灯也亮，但不能通信。因此需要探讨10M、100M和1000 M网络端口具体用哪几根线来通信的。
2 双绞线通用线序
双绞线一般使用T568B标准：1-橙白、2-橙、3-绿白、4-蓝、5-蓝白、6-绿、7-棕白和8-棕。为什么有的人说百兆以太网使用8根双绞线，有人说使用4跟就可以工作了，这跟百兆网的发展有关。
3 百兆位以太网
十兆位以太网称为以太网，百兆位以太网又称快速以太网，协议标准为1995年颁布的IEEE 802.3u，支持共享式与交换式2种使用环境，在交换式以太网环境中可以实现全双工通信。IEEE 802.3u在MAC子层仍采用CSMA/CD（载波检测多路访问/冲突检测）作为介质访问控制协议，并保留了IEEE 802.3的帧格式。IEEE 802.3u只是对现存IEEE 802.3标准的升级。基本思想很简单：保留所有旧的分组格式，接口以及程序规则，只是将位时从100 ns减少到10 ns，并且所有的以太网均使用集线器。
为了实现100 Mb/s的传输速率，在物理层做了一些重要改进。例如，在编码上采用了效率更高的编码方式。传统以太网采用曼彻斯特编码，其优点是具有自带时钟特性，能够将数据和时钟编码在一起，但其编码效率只能达到1/2，即在具有20 Mb/s传输能力的介质中，只能传输10 Mb/s的信号，快速以太
网采用4 B/5B编码[1]。 3.1 百兆位网络双绞线采用介质
百兆双绞线有2种，一种为100Base-T4，它使用4对双绞线，3对用于同时传送数据，第4对线用于冲突检测时的接收信道，信号频率为25 MHz，最大网段长度为100 m，采用EIA568布线标准；由于没有专用的发送或接收线路，所以100Base-T4不能进行全双工操作；采用6B/6T编码法。
一种为100Base-TX，使用2对5类非屏蔽双绞线或1类屏蔽双绞线，一对用于发送数据，另一对用于接收数据，最大网段长度为100 m，布线符合EIA568标准；采用4 B/5 B编码法，使其可以125 MHz的串行数据流来传送数据；使用MLT-3（多电平传输-3）波形法来降低信号频率125/3=41.6 MHz[2]。
3.2 百兆位以太网采用标准
现在的双绞线百兆以太网主要采用100Base-TX标准。由此可见,虽然双绞线有8根芯线，但在目前广泛使用的百兆网络中，实际上只用到了其中的4根，按802.3u标准规定：即第1、第2、第3和第6，他们分别起着接收和发送信号的作用。1和2是传送数据的，3和6是接收数据的。1和2之间是一对差分信号，也就是说他们的波形一样，但是相位相差180°，同一时刻的电压幅度互为正负。这样的信号可以传递的更远，抗干扰能力强。同样的，3和6也一样是差分信号。至于4、5、7和8，4根网线对于10 M网卡来说没用，但是对100 M是有用的。第一点起备份作用，若1、2、3和6中有不通的网线，那么就自动协商转为4、5、7和8来通信。第二点通过双绞在一起降低相位差，抵消电阻，抗干扰，起保证线路稳定及保证长距离通信。
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