GE基本介绍

GE 基本介绍
1.1 1.2 GE 技术发展背景
千兆以太网（也称GE ）是基于以太网系列中较新的一种网络，随着数据网络不断发展，以及各种以太网技术的成熟和进步，尤其是10Mb/s 、100Mb/s 以太网的大规模应用，为千兆以太网GE 的出现和使用提供了很好的技术基础。

最初，以太网是一种介质共享型网络，其中所有相连接的站点共享全部可用带宽。

随着用户数目和网络需求的不断增加，共享式网络逐渐让位于交换式网络，后者可以让每一个用户获得全部网络带宽。

由共享式网络向交换式网络的转变，再加上技术的不断进步以及Internet、多媒体等业务的增长，使得千兆以太网GE 得以不断的开发和标准化。

千兆以太网GE 提供了以太网的所有特点。

它使用了为人所熟知的物理层技术，而且未对以太网帧格式作任何修改，仍然支持原来以太网介质共享的特点。

随着网络的飞速发展，用户的带宽需求越来越高，WDM （密集波分复用系统）应用越来越广泛。

WDM 对数据传输的透明性和点到点的优越性，使得它不断地应用在各种骨干网，城域网。

同时，数据业务尤其是Internet/Intranet 业务的飞速发展，IP 网络的发展变得越来越迫切，而支持IP 业务传输的大部分为以太网，在以太网的应用中，GE 千兆以太网又得到了广泛的使用，于是就出现了IP over Ethernet （GE ） over WDM 的概念，也就是我们即将介绍的GE over WDM 技术。

在GE 的应用中，GE Over WDM 是一种相当合理的解决方案，它可以提供多个千兆位的通信带宽，又具有以太网的简易性，与其它类似的通信技术比较，具有价格低廉的特点，具有很大的应用前景。

GE 技术基本知识
主要介绍GE 的物理结构模型，千兆以太网帧结构，以及GE 的工作方式和编码方式，最后，还对流量控制以及自协商的基本特点作一下简要介绍。

1.2.1 GE 的基本特性
GE 的基本特性包括GE 的基本物理结构模型以及GE 帧结构的介绍。

在OSI 模型结构中，GE 主要涉及到最低的两层：即数据链路层（DATALINK ）和物理层（PHYSICAL ）。

数据链路层：数据链路层控制接入媒质，它安排数据的发送和接收，它可以继续分为：逻辑链路控制子层LLC 以及媒体访问控制子层MAC 。

MAC的主要组成部分是媒质接入控制（MAC），它把数据单元放入帧中，并且决定一个网络设备如何发送和接收。

MAC还负责保证数据通过媒质传输的可靠性。

MAC中的子层包括MAC用户层、MAC控制层和MAC 中央单元。

以太网中主要存在二种MAC：半双工MAC和全双工MAC。

物理层：物理层（PHY）用传输所需的分界符对帧进行编码，然后通过媒质把它们传送出去，有时把PHY称为收发机，它规定了电或光信号、线路状态、时钟界限、数据编码以及数据发送和接收所需的全部电路。

在PHY中包含一些子层以完成上述任务，有物理编码子层PCS、串行器/解串器（或物理媒质子层）、针对光媒质的光收发机（还可称为物理媒质独立子层）及媒质相关接口（MDI）。

GE的帧结构如图1-1所示：
图1-1GE帧结构
目的地址（DA）：帧中的第一个字段（6个字节），这个字段用于帮助每个设备确定帧要去什么地方。

它可分为两部分，使得它对于每个设备是唯一的。

DA代表的是目的终端的MAC地址，MAC地址通常被称为物理地址。

源地址（SA）：DA区后是源地址区（SA）（6个字节），即源MAC地址。

SA在格式上与DA一致，只是在帧中出现的位置不同。

他用于确定帧来自什么地方，以免帧出错时或出于某种原因需要和源设备联系。

长度/类型：在SA和数据字段之间（2个字节），用来指示紧随其后的数据帧的字节长度（如果其值小于等于1500）或数据帧的类型（如果其值大于1500）。

长度/类型指示字段为2字节。

帧校验序列：帧的最重要的特性之一就是要能指示在编码序列中是否产生了误码。

在以太网中，帧校验序列或FCS提供误码指示。

FCS，也称为循环冗余校验（CRC），出现在帧的最后。

在接收到一个新帧时，接收设备对接收帧进行一系列的数学方程运算，把结果和本地值作比较，并确定是否产生了误码。

数据字段：是帧要发送的用户数据，该数据由高层提供或接收。

这个字
段限定为46~1500字节。

所有用户数据必须按比例分开，以填进以太网
帧的数据字段中。

限定数据字段长度有其优点，因为以太网是把设备通
过共有媒质（或系统元素）连接在一起组成网络，所以当数据被打散成
短块时，每台设备在传送前仅会有一个短的等待周期。

固定的最大帧长
也有利于差错控制。

在丢包或发现包中有误码时，需要重新传送的数据
教少。

填充字段紧接在数据字段之后，用来对数据进行填充，以保证帧
有足够的长度，以适应冲突检测的需要。

比最短长度还短的包要补齐直
到他们达到最短的长度。

注意：对于VLAN业务的包，由于千兆以太网包中增加了VLAN的TAG标
志（4个字节），所以对于VLAN的业务，其最大帧长字节为1522字节（包
含CRC校验字节）。

1.2.2 GE的工作方式
GE的传输工作方式包括半双工方式和全双工方式。

半双工工作方式的如图1-2所示。

站点通过对传输通道的检测来决定是否
传送数据，当检测到传输通道为空闲时，可以开始传送数据，如果检测到
传输通道为忙时，则等待一定的时间直到通道为空闲时才能传输数据。

如
果两个站点同时检测到通道为空闲，则他们会同时传输数据到传输通道上
面，这样就会造成冲突（collision)，这种情况下他们都停止传输，然后过
一个随机的时间后再检测通道状态，然后判断是否传输。

图1-2CSMA/CD原理
千兆以太网GE支持半双工模式主要是为了考虑后向兼容，目前绝大多数以太网设备都支持全双工工作模式。

所谓全双工，就是数据的发送和接收可以同时进行，互不干扰。

传统的网络设备HUB是不支持全双工的，因为HUB的内部是一条总线，数据接收和发送都是在该总线上进行，没有办法进行全双工通信，因此，要实现全双工通信，必须引入一种新的设备，即现在的交换机。

交换机是一个多端口设备，每个端口可以连接终端设备和其他多端口设备，交换机内部是一个数字交叉网络，能把各个终端进行暂时的连接，互相独立的传输数据，而且交换机还为每个端口设置了缓冲区，可以暂时缓存终端发送过来的数据，等资源空闲之后再进行交换。

与半双工相比，GE采用全双工方式通信相当于增加了一倍的通道容量（双向同时传输1Gb/s的数据），提高了数据的处理效率，对于半双工的模
式来说，最高处理效率只有500M。

1.2.3 GE的编码方式
千兆以太网采用8B/10B编码方式（具体方式请参照IEEE 802.3Z协议），
所以实际在通路中传输的速率是1.25Gb/s，而实际的信息速率为1Gb/s。

8B/10B编码方式基本的好处是0、1信号均衡，时钟信息丰富，便于时
钟提取，这种8B/10B编码方式可以有两种实现方法：
1、直接采用8B10B编码方式；
2、将8B分成3B和5B然后采用3B/4B和5B/6B进行分别编码方式。

这种编码是在物理层的PCS层实现的，PCS层的功能就是当接到PCS
以上层的8B的数据时将他转换成10B的数据然后送到通道中传输，当
接到底层通道中的10B的数据时将之转换为8B的数据送往高层（MAC
层）。

一般情况下，在实际的GE over WDM的应用中，在客户侧光路上
传输的信号就是1.25Gb/s的信号，而它的实际的信息容量只有1Gb/s。

1.2.4 流量控制功能介绍
在全双工工作方式下，流量控制是千兆以太网中的重要功能之一。

以太
网交换机发现自己的缓冲区将要满（比如，占用了90%）的时候，通过
给连接在端口上的服务器发送一个PAUSE信号，告诉服务器暂停发送
（否则会造成数据丢失），等交换机把接收到的数据成功传送给客户之
后，再向服务器发送一个继续发送的信号，这样一步一步便可完成任务。

如图1-3所示，在每个千兆路由器（或千兆以太网交换机）的发送和接
收方向都有一个FIFO，容量大小根据传输的不同距离而定。

每个接收
FIFO收到数据后，它的数据都将被上层读取出去。

由于FIFO的上层处
理速度有限，如果下层接收数据速率过快，则会导致FIFO溢出，这样就
会造成丢包现象。

流量控制则可以避免此种现象的产生。

如图1-3所示，
＃2的接收FIFO设置一个越限值，当＃1的发送速率过快而导致＃2的
接收FIFO越限，那么＃2的发送端将发送出去一个相应的PAUSE帧（此
时FIFO的水位还在持续增加），当＃1的接收FIFO接收到该PAUSE
帧时，端口1将通过控制协议，暂时停掉＃1的发送端口的发送（停的时
间是由PAUSE帧的内部的信息值所决定），此时＃2站的FIFO的水位
由于＃1站停止了发送而得到了降低，从而不会引起＃2接收FIFO的溢
出。

当然如果图中光纤越长就意味着光纤传输的延时就越长，那么接收
FIFO所需要的容量就需要越大，因为整个流控流程从1走到4是需要一
定的时间的（此段时间＃2的FIFO的水位一直在增加），如果光纤越长，
那么整个过程的时间就越长，相应的＃2的接收FIFO的承受能力就需要
越大即＃2的接收FIFO的容量需要越大。

端口1端口2
图1-3流量控制功能
注：FIFO为一种数据先进先出的寄存器
1.2.5 自协商的基本特性
主要描述自协商的强制特性和可选特性。

强制特性：1、设备必须在上电之后发送一个特殊序列脉冲用于标明自己
（该序列脉冲被称为“快速链路突发脉冲”）；2、设备必须能够识别在
链路的另一端的“链路伙伴”设备所发出的类似序列脉冲；3、如果本地
设备识别出链路伙伴具有与之兼容的工作模式，则应当选择最优工作模
式，并且两端设备都进入他们的工作状态（链路通过）。

可选特性：1、该设备两端设备都支持特殊序列脉冲的情况下，用其发送
额外的信息（称之为下一页功能）；2、该设备可以利用该特殊序列脉冲
向其链路伙伴指明自身的错误，而且还可以进一步指明错误类型。