以太网相关技术标准规范与标准组织

2019-11-03 19:19:01

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供稿：网友

王燊王廷尧

天津光电通信产业集团

　　摘要文中首先介绍电气与电子工程师协会IEEE组织概况,然后概括说明了IEEE协会关于局域网/城域网IEEE 802.2标准系列、以太网集成电路标准图标，特别着重讨论了关于以太网的IEEE 802.3系列标准、在SDH/WDM网络上传输以太网帧信号的相关规范和10吉比特以太网技术标准。最后指出，10吉比特以太网技术标准的开发和广泛应用将在通信领域展现出更加辉煌的明天。

　　关键词 IEEE IEEE 802.3系列标准以太网标准 10吉比特以太网

　　1 序言

　　以太网的出现最早可追溯到20世纪70年代,至今已有30多年的历史,但是由于不断更新技术，为其注入新的活力，使之时至今日仍然焕发勃勃生机。尤其结构简单、成本低廉、带宽易于扩展及其兼容性诸多优越性，受到人们的极大关注。特别是近年来，吉比特以太网的实用化及与光纤技术的有机结合，出现了“光以太网”，更为以太网插上腾飞的翅膀，使以太网帧信号不但可实现长距离传输（达100km），而且用简单的方法便可实现“干线直接到桌面”。这一切不但使以太网技术占领了局域网广大领域，而且其技术更向城域网和广域网迈进，开辟了在通信领域应用以太网技术的新篇章。

　　以太网技术的应用在世界先进国家中已经相当普及，在企业网、校园网等各种局域网中已占绝对主导地位。在我国，随着计算机用户的迅猛增加，以太网建设也将会全面铺开,并且我们将采用新开发的全新以太网先进技术,从更高的起点上开始，这必将迎来我国在通信领域“光以太网”建设欣欣向荣的春天。

　　面对我国以太网发展的新形势，在广大通信领域工作人员中，尽快普及掌握以太网相关知识已成为迫切需求。为此我们撰写了本文，供广大通信领域工作人员参考。

　　文中首先介绍电气与电子工程师协会IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)组织概况，然后概括介绍了IEEE协会关于局域网/城域网IEEE 802标准系列,特别着重讨论了关于以太网的IEEE 802.3系列标准、万兆以太网标准，并扼要介绍了关于在SDH/WDM网络上传输以太网帧信号的相关规范和以太网集成电路标准编号图解。2 电气与电子工程师协会(IEEE)

　　为促进在整个科学技术领域标准化的更快进展，在其通信领域涉及的辖区建立了电气与电子工程师协会(IEEE)。IEEE下设有IEEE标准联合会IEEE-SA（IEEE Standard Association）。IEEE-SA在其标准局下又设置两个分支委员会，即“新标准委员会Nes Com（New Standards Committees）”和“标准评审委员会Rev Com（Standards Review Committees）。”

　　Nes Com的职能是负责推荐属于IEEE辖域之内的新标准。它们将推荐的新标准课题送达其所属“正确技术委员会（Correct Technical Committees）”和新标准课题编制工作组，在这里对于所有感兴趣的重要部件都给予相当充分的公平表述，确定此新标准课题的正确性，然后将其编制成“项目授权申请书（PAR，PRoject Authorization Requests）”推荐呈递到IEEE-SA。

　　在IEEE-SA中进一步评审、修改推荐的新标准课题，以确保经IEEE成员评审一致通过。最后，将修改完成的新标准课题返回标准局。通过新标准的关键原则是参与评审者的一致通过。

　　图1是酝酿、草拟和批准万兆以太网新标准课题需要经过IEEE的各职能部门的工作情况。IEEE审批标准的流程如下。

　　首先从发起人提出标准课题开始，接着形成由发起人组成的研究组，由此研究组提交PAR给Nes Com批准；依据该委员会批准的PAR，由对此课题有兴趣的专家工作组审议PAR，推荐的PAR必须在4年之内完成。若推荐的PAR太大或过于复杂，则工作组按标准各方面要求进行分工，进一步形成由更专业对口的人员组成多个任务组。一旦标准草案起草完成，则先后经工作组、研究组两次无记名投票表决。若两次投票表决同意者均超过75%，则标准草案获得通过，经IEEE-SA最后批准后，便可形成正式标准发布。在这其中参加表决成员的重要评述须附在标准资料里面。如图2所示。

图2 IEEE标准产生过程流程图

3 IEEE关于局域网/城域网标准

　　IEEE 802标准系列是IEEE制定的关于LAN/MAN标准，现扼要介绍如下。3.1 IEEE 802概述与结构

　　IEEE 802代表OSI开放式系统互连七层参考模型中一个IEEE 802.n标准系列，IEEE 802介绍了此系列标准协议情况。主要描述了此LAN/MAN系列标准协议概况与结构安排。IEEE 802.n标准系列已被接纳为国际标准化组织（ISO）的标准，其编号命名为ISO 8802。3.2 IEEE 802.1局域网/城域网桥接与管理

　　这是在IEEE 802标准系列中的一个解释性指导文件，它首先描述了此LAN/MAN系列标准协议中各标准之间的关系；接着详细地介绍了OSI开放式系统互连参考模型；阐明了IEEE 802系列标准涉及的第1、2层(物理层和链路层)与上层协议之间的接口关系。在此基础上讨论了各网络之间的桥接与网络管理问题。IEEE 802.1本身形成一个系列标准协议子集。这其中包括IEEE 802.1B、IEEE 802.1D、IEEE 802.1E、IEEE 802.1F、IEEE 802.1G、IEEE 802.1H、IEEE 802.1Q、IEEE 802.1t、IEEE 802.1u、IEEE 802.1v、IEEE 802.1w和IEEE 802.1x。此外，IEEE 802.1中还给出了IEEE 802模型与ISO/OSI模型之间的映射关系。3.3 IEEE 802.2逻辑链路控制

　　此标准描述了一个通用的逻辑链路控制协议。这是所有此类LAN/MAN必须遵守的OSI参考模型第二层（逻辑链路层）中的“逻辑链路控制（LLC，Logical Link Control）”子层规范。它描述了LLC子层的功能、特性和协议，也描述了LLC对于网络层、介质接入控制子层及LLC子层本身管理功能的服务接口范围，即网络层与LLC子层、LLC子层与MAC子层及LLC子层与LLC子层管理功能的接口。因此，IEEE 802.2标准除主要描述LLC子层功能外，还要规范它与网络层和MAC子层的两个接口。3.4 IEEE 802.3 CSMA/CD接入和相应试验方法

　　IEEE 802.3标准和下面介绍的IEEE 802.4与IEEE 802.5两个标准都是规范物理介质接入控制（MAC）子层和物理层功能的标准。由于其网络的类型不同和相应采用的物理介质接入控制方法不同而分别制定了这3个标准。

　　IEEE 802.3标准规范了一种载波侦听多路访问/碰撞检测(CSMA/CD，Carrier Sense Multiple access with Collision Detection)的介质接入控制方法和相关物理层协议。

　　CSMA/CD的介质接入控制方法采用总线拓扑结构，具有结构简单、信号延迟时间小等优点。但是，随着传输信息量的增加，发生碰撞的概率迅速增加，从而导致网络性能明显下降。IEEE 802.3标准由IEEE 802.3、IEEE 802.3a、IEEE 802.3b、IEEE 802.3d、IEEE 802.3e、IEEE 802.3i、IEEE 802.3j、IEEE 802.3u、IEEE 802.3y、IEEE 802.3z、IEEE 802.3ab和IEEE 802.3ae等组成一个有关有线以太网标准子集。这是有线以太网必须遵守的协议。3.5 IEEE 802.4 令牌总线接入方法

　　此标准描述了LAN/MAN必须遵守的令牌总线接入方法，它规范了令牌总线物理介质接入控制（MAC）子层，物理层（PHY）所采用的格式、协议和连接令牌总线物理介质的方法。令牌总线物理介质接入方法可以协调所有连接到网络上的站点共享其连接的物理介质。IEEE 802.4令牌总线接入标准规定了节点接入、节点拆除、差错管理和服务质量标准等级以及3种电缆物理层规范。3.6 IEEE 802.5令牌环路接入方法

　　此标准描述了LAN/MAN必须遵守的令牌环路接入方法和物理层规范。按IEEE 802.5令牌环路物理介质接入方法被连接到环路网络上的每个站点只有令牌传送到此站时，它才有权将本站要发送的信息帧送上环路网络传输。其传输介质可以为电缆或光缆。IEEE 802.5标准是美国国家标准（ANSI，American National Standard Institute）开发的FDDI（Fiber Distributed Data Interface）100Mbit/s光纤局域网环路网络标准，允许环路总长可达200km。3.7 IEEE 802.6分配式排队双向总线接入方法

　　此标准是一种分配式排队双向总线(DQDB，Distributed Queue Dual Bus)物理介质接入方法。此标准描述了LAN/MAN必须遵守的DQDB接入方法和物理层协议规范。这是MAN主要的标准规范，在更宽的区域范围内提供LAN条件的一个公共服务网。3.8 IEEE 802.7宽带局域网/城域网

　　此标准描述了宽带LAN/MAN必须遵守的物理介质接入控制方法和物理层协议规范。3.9 IEEE 802.8光纤

　　IEEE 802.8标准对于LAN/MAN采用的光纤传输介质进行了规范。这其中包括采用光纤的种类（如硅玻璃光纤、朔料光纤；各种多模光纤、单模光纤等）、特性（如光纤的工作波段、传输损耗、传输带宽和几何尺寸等）和允许的相应传输距离。3.10 IEEE 802.9综合业务

　　IEEE 802.9标准规范了LAN/MAN中传输的综合业务信息，即规范了可传输数据与话音的综合网。3.11 IEEE 802.10LAN/MAN安全性

　　IEEE 802.10标准描述了LAN/MAN的安全性能，即它规范了LAN/MAN中传输信息的安全可靠性。3.12 IEEE 802.11无线局域网

　　此标准描述了无线接入方法和三种物理层协议规范，这是目前唯一的一个通用无线局域网子集。它规范了无线局域网的各种特性，这其中包括无线局域网接入站点内部遵守的协议、该无线局域网的传输载波频段、传输信息的数据率、调制方式、发送功率、接收灵敏度、服务质量、网络管理及安全性能等。由于以太网技术已成为局域网采用的主要网络技术，因此许多人认为IEEE 802.11标准是无线以太网标准规范或直接将IEEE 802.11标准为无线以太网标准规范。IEEE 802.11标准子集包括以下标准。n802.11a：传输载波频段在5GHz频率空间；n802.11b：传输载波频段在2.4GHz频率空间；n802.11d：定义域管理；n802.11e：规范服务质量QoS；n802.11f：接入站点内部遵守的协议IAPP（Inter-Access Point Protocol）；n802.11g：在2.4GHz频率空间规范更高的数据率；n802.11h：在5GHz频率空间的功耗管理；n802.11i：定义无线局域网的安全性。3.2.13 IEEE 802.12按需优先接入方法

　　此标准描述了LAN/MAN按需优先接入物理介质控制方法,即网上站点信号的接入需按设置的优先权级别按需优先接入物理介质接入。3.14 IEEE 802.14有线电视

　　此标准描述了LAN/MAN有线电视应遵守的技术规范。这其中可包括站点的接入、物理层相关协议和允许采用的物理介质类型规格等。3.15 IEEE 802.15专用无线局域网

　　此标准描述了专用（个人）无线局域网应遵守的技术规范。这其中可包括站点的接入、物理层相关协议等。3.16 IEEE 802.16宽带无线局域网

　　此标准描述了宽带无线局域网应遵守的技术规范。这其中可包括站点的接入、物理层相关协议等。4 IEEE 802.3系列标准

　　自从1983年IEEE 802标准委员会工作组提出IEEE 802.3关于“具有碰撞检测功能的载波侦听多路访问（CSMA/CD）”物理介质接入方法和物理层规范的第一个以太网技术标准后，随着以太网技术的不断更新和广泛应用，反映以太网技术蓬勃发展的IEEE 802.3标准其内容也不断充实扩展并日趋完善。今天已形成以IEEE 802.3标准为核心的IEEE 802.3系列标准，其具体情况如表1所示。

（1） 10Base-FL、10Base-FB和10Base-FP的详细说明

　　10Base-FL、10Base-FB和10Base-FP通称为10Base-F。这里“F”是光纤英文单词的缩写。10Base-F是定义在光纤传输介质中的10Mbit/s以太网技术。它是“光纤中继器间链路（FOIRL，Fiber Optic Inter-Repeater Link）”标准的扩充。10Base-F有10Base-FL、10Base-FB和10Base-FP互不兼容的三种类型光纤网段标准接口。

　　10Base-FL：FL是光纤链路英文的缩写。10Base-FL支持双芯光缆10Mbit/s以太网网段，用于计算机间、中继器间或计算机与中继器间点对点光纤链路连接。其计算机间光纤链路如图3所示。10Base-FL标准接口类型光纤网段长度达2km，较好的多模光纤可达5km。因此，10Base-FL标准接口可用于两个建筑物之间的光缆链路。

　　10Base-FB：FB是光纤骨干英文的缩写。10Base-FB标准接口支持在中继器间互连，它是在中继器间可采用的最佳专用同步信号链路的10Mbit/s以太网技术。同步信号协议允许一定数量的中继器用于10Mbit/s以太网系统的拓扑拓展。

　　10Base-FB利用中继器之间实现同步传输的方法，减少帧间隙的“收缩”。这样减少了网络设计中对于通过网络传播碰撞事件要求，从而将网络设计变成仅考虑网络尺寸的限制。当在光缆链路中无数据包时，可以通过2.5MHz的空载信号的传输实现10Base-FB中继器接口的同步工作。这样收发端锁定同步，不再有包起始比特的丢失。

　　10Base-FB标准限于中继器间点对点通信。不能用于中继器与计算机之间的链接，也不能用于10Base-FL和10Base-FB两种端口的链接。10Base-FP：FP是“光纤无源”的英文缩写。10Base-FP标准支持在“光缆无源星型”系统内10Mbit/s以太网技术。10Base-FP网段长度达500m，一个星型网络可链接多达33台计算机。10Base-FP星型结构是由一个无源星型光耦合器和机械密封光连接器组成。10Base-FP标准目前远未被广泛使用。（2）ISO/IEC标准

　　国际标准组织(ISO，International Organization for Standardization)/国际电子技术委员会（IEC，International Electrotechnical Committee）标准关于以太网的有关标准规范与IEEE以太网标准基本一致，因此在一些资料中将ISO/IEC和IEEE对应标准是同时标志出来，例如：

IEEE 802.1B(ISO /IEC 15802-2)；IEEE 802.1D(ISO /IEC 15802-3)

IEEE 802.1E(ISO /IEC 15802-4)；IEEE 802.1G(ISO /IEC 15802-5)

IEEE 802.1H(ISO /IEC TR11802-5)

IEEE 802.2(ISO /IEC 8802-2)；IEEE 802.3(ISO /IEC 8802-3)

IEEE 802.4(ISO /IEC 8802-4)；IEEE 802.5(ISO /IEC 8802-5)

IEEE 802.6(ISO /IEC 8802-6)；IEEE 802.7(ISO /IEC 8802-7)

IEEE 802.8(ISO /IEC 8802-8)；IEEE 802.9(ISO /IEC 8802-9)

IEEE 802.10(ISO /IEC 8802-10)；IEEE 802.11(ISO /IEC 8802-11)

IEEE 802.12(ISO /IEC 8802-12)；IEEE 802.14(ISO /IEC 8802-14)

IEEE 802.15(ISO /IEC 8802-15)；IEEE 802.16(ISO /IEC 8802-16)

5 以太网集成电路标准编号图解

　　新器件命名法：微电子学集团公司采用朗讯技术公司给出以太网标准集成电路编号的名称法。通过编号可了解集成电路采用的网络技术、主要功能、电源电压与功耗、封装和适用温度范围等。图4是编号命名法的编号安排。

5.1 网络技术——位置1

　　这是处于以太网标准集成电路编号的第一个位置，用于描述此以太网标准集成电路所采用的网络技术，即此以太网标准集成电路是属于以太网、快速以太网、吉比特以太网还是万兆以太网或者几种兼容。具体情况如表2所示。

5.2 以太网标准集成电路主要功能——位置2、3

　　这部分占用以太网标准集成电路编号的第2、3位置，用于描述此电路所能完成的功能。由于集成电路可能完成的功能不只是一种，可能同时完成多种功能。因此，这部分占用两个位置，位置2表述此电路可完成的主要功能，位置3则表述可完成的主要功能之外的功能，或者扩展功能。具体情况如表3所示。

5.3以太网标准集成电路物理层功能差别——位置7~9

　　这部分占用以太网标准集成电路编号的第7、8和9三个位置，用于描述此以太网标准集成电路所能支持的物理层、介质的差别。由于占用3个位置可用3个字母表示其以太网标准集成电路可能完成的物理层与传输介质的差别符。通常,在可能完成的物理层与传输介质的差别符之后总是用一个短线表示此差别符的结束，以便与后面封装标识符相区别。具体情况如表4所示。

5.4 以太网标准集成电路封装——位置11、12

　　这部分占用以太网标准集成电路编号的第11、12两个位置，用于表示此电路的封装符。它描述了电路封装情况，即封装材料、工艺水平和封装形式等。其具体情况如表5所示。

5.5 以太网标准集成电路温度范围代号——位置16

　　这部分占用以太网标准集成电路编号的16位置，用于表示此以太网标准集成电路的温度范围代号。它描述了此以太网标准集成电路的应用温度范围，这其中包括一般商用、军用及特殊专用等用途环境。其具体情况如表6所示。

5.6 发货包装

　　这是以太网标准集成电路编号的最后部分，它占第19和20两个位置，用于表示此电路发货包装代号。它描述了此电路发货包装情况，即发货包装材料、采用的工艺和封装形式等。在发货包装位置19前是一个空位，用一个短线与前面温度范围相隔开。具体情况如表7所示。

5.7其它部分位置代码

　　除上面说明的位置之外,还有下面几部分做进一步说明如下。

　　（1）供电电源电压代码标志在以太网标准集成电路编号的4位置是供电电源电压代码标志，其标志的数字分别表示供电电压：数值5表示5V；数值3表示3.3V；数值2表示2.5V；数值1表示1.8V或1.5V。

　　（2）集成电路埠数目在以太网标准集成电路编号的5、6两个位置表示集成电路端口数目，两个位置代码数值等于实际埠数目。

　　（3）集成电路输入/输出（I/O）端口个数在以太网标准集成电路编号的13、14、15三个位置表示集成电路输入/输出埠数目。I/O代码数值等于实际I/O端口数值。

----《电信工程技术与标准化》