千兆以太網(wǎng)早期主要是用在高速主干網(wǎng)和某些特定的工作組，傳輸介質(zhì)以光纖為主。過(guò)去兩年中802.3z工作組在基于光纖和基于STP短距離屏蔽式跳線(xiàn)的千兆以太網(wǎng)方面做了大量工作，并在1998年6月通過(guò)了正式標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3z。但光纖的價(jià)格畢竟較為昂貴，而且隨著桌面機(jī)處理速度的提高和局域網(wǎng)業(yè)務(wù)模式的改變，千兆以太網(wǎng)必然要向桌面機(jī)延伸，這就意味著千兆以太網(wǎng)將用于已經(jīng)廣泛鋪設(shè)的銅線(xiàn)系統(tǒng)。
　　眾所周知，一幢辦公大樓內(nèi)的各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以很方便地從一個(gè)房間搬到另一個(gè)房間，而對(duì)樓內(nèi)現(xiàn)存錯(cuò)綜復(fù)雜的布線(xiàn)進(jìn)行改裝升級(jí)卻非易事。因此升級(jí)到更高速網(wǎng)絡(luò)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)管理者都會(huì)認(rèn)真考慮現(xiàn)有布線(xiàn)的適用性。 目前以太網(wǎng)布線(xiàn)大多為第5類(lèi)UTP布線(xiàn)，因此都關(guān)注現(xiàn)存CAT－5的1000Base－T千兆以太網(wǎng)技術(shù)。 1997年3月成立IEEE802.3ab工作組，其任務(wù)是研究5類(lèi)UTP在千兆以太網(wǎng)上的應(yīng)用，要求網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度最大到100米。1998年12月28日千兆以太網(wǎng)聯(lián)盟宣布對(duì)1000Base－T進(jìn)行開(kāi)放投票，1999年3月正式通過(guò)了1000Base－T的標(biāo)準(zhǔn)。
1 基本原理
　　傳統(tǒng)快速以太網(wǎng)(100Base－TX)使用5類(lèi)UTP四對(duì)線(xiàn)中的兩對(duì)，一對(duì)用于發(fā)送數(shù)據(jù)，一對(duì)用于接收數(shù)據(jù)。由于100Base－TX的編碼方式為4B/5B，故實(shí)際傳輸碼速為125Mbaud。1000Base－T中的傳輸碼速也是125Mbaud，但它要使用CAT－5中全部四對(duì)線(xiàn)，并在每一對(duì)線(xiàn)上同時(shí)實(shí)現(xiàn)收發(fā)操作，編碼方式改為5電平編碼PAM5后，才能在每個(gè)信號(hào)脈沖內(nèi)并行傳送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，即125Msymbols/s×8bit/symbol＝1Gb/s。當(dāng)然，實(shí)際應(yīng)用時(shí)要考慮CAT－5中四對(duì)線(xiàn)高速并行傳輸數(shù)據(jù)會(huì)帶的回波和串音等問(wèn)題。
　　1000Base－T規(guī)定了全雙工和半雙工模式下1000Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸，在一個(gè)碰撞域內(nèi)只允許一個(gè)中繼器，網(wǎng)絡(luò)直徑為200米，采用與100Base－TX相同的自動(dòng)協(xié)商方式，并與傳統(tǒng)以太網(wǎng)更好地兼容。許多廠(chǎng)商都宣稱(chēng)將生產(chǎn)在100Mb/s和1000Mb/s下都能工作的“雙速”千兆以太網(wǎng)設(shè)備，對(duì)于系統(tǒng)升級(jí)來(lái)說(shuō)，可能提供一種靈活的解決方案。
2 布線(xiàn)問(wèn)題
　　通常，在銅線(xiàn)上傳輸1000Mb/s高速的碼流，布線(xiàn)系統(tǒng)的支持是最主要的問(wèn)題。即在CAT－5的四對(duì)線(xiàn)上傳輸1000Mb/s的數(shù)據(jù)流，所面臨的信號(hào)衰減、回波、返回?fù)p耗、串音和電磁干擾等問(wèn)題。
　　·信號(hào)衰減(attenuation)
　　衰減是發(fā)送過(guò)程中信號(hào)的損失，它隨信號(hào)頻率的提高而增加。因此在保證數(shù)據(jù)傳輸速率的前提下，應(yīng)盡量使用較低的頻段。
　　·回波(echo)
　　如圖1所示，回波是因?yàn)榘l(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備比較靠近而產(chǎn)生的干擾。全雙工通信模式下的千兆以太網(wǎng)，信號(hào)的收發(fā)都使用同一對(duì)線(xiàn)，因電纜的返回?fù)p耗和轉(zhuǎn)接器損耗引起的泄漏發(fā)送信號(hào)，將與接收信號(hào)相混，并對(duì)性能造成負(fù)面影響。通常，對(duì)由阻抗不匹配造成的反射能量可用返回?fù)p耗(return loss)來(lái)度量。

　　·串音(crosstalk)
　　串音是鄰近線(xiàn)對(duì)中信號(hào)的相互干擾。1000Base－T使用了5類(lèi)UTP中所有的四對(duì)線(xiàn)，每一對(duì)線(xiàn)都可能被鄰近的其它3對(duì)線(xiàn)干擾而產(chǎn)生串音。串音以發(fā)送端作為參考，近端串音(NEXT)為某線(xiàn)對(duì)受發(fā)送端的其它線(xiàn)對(duì)的干擾，遠(yuǎn)端串音(FEXT)是某線(xiàn)對(duì)受發(fā)送電纜遠(yuǎn)端其它線(xiàn)對(duì)的干擾，等效遠(yuǎn)端串音(ELFEXT)為不考慮電纜衰減情況下的等效的FEXT。若遠(yuǎn)端串音與接收信號(hào)電平能比擬時(shí)，接收端進(jìn)行信號(hào)恢復(fù)應(yīng)充分考慮串音的影響并采取相應(yīng)的措施。
　　·返回?fù)p耗(return loss)
　　返回?fù)p耗是由于在鏈路中阻抗不匹配引起的反射信號(hào)能量，它對(duì)千兆以太網(wǎng)1000Base－T產(chǎn)生很重要的影響。
　　·抗電磁干擾
　　在無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn)上以1000Mb/s這樣的極高速率傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，必須考慮電磁干擾、包括AM、CB、短波段廣播等的影響。一些標(biāo)準(zhǔn)如EN50082－1和IEC 1000－4－3要求抗高于25MHz頻率，場(chǎng)強(qiáng)為3V/m的連續(xù)電磁波干擾。
　　·抗噪性能
　　1000Base－T還需要能抗背景噪聲和突發(fā)噪聲的干擾。實(shí)際情況中由于電力開(kāi)關(guān)快速切換產(chǎn)生電弧或靜電荷放電等都會(huì)引起突發(fā)噪聲。在1000Mb/s的高速數(shù)據(jù)中突發(fā)噪聲的危害性很大。
　　IEEE802.3ab工作組制定1000Base－T的目標(biāo)就是使千兆以太網(wǎng)能夠在符合ANSI/TIA/EIA－568A(1995)規(guī)范的5類(lèi)UTP上運(yùn)行，并使支持100Base－TX的鏈路很容易地轉(zhuǎn)到支持1000Base－T。IEEE對(duì)需要升級(jí)到千兆以太網(wǎng)的CAT－5增加了兩項(xiàng)測(cè)試參數(shù)，返回?fù)p耗(return loss)和遠(yuǎn)端串音(Far－End Crosstalk)。返回?fù)p耗定義了鏈路中因阻抗不匹配引起的反射信號(hào)能量。遠(yuǎn)端串音(FEXT)則是某線(xiàn)對(duì)受發(fā)送電纜遠(yuǎn)端其它線(xiàn)對(duì)的干擾，實(shí)際測(cè)試中常用等效遠(yuǎn)端串音(ELFEXT)和總功率等效遠(yuǎn)端串音(PSELFEXT)來(lái)表示。在10Base－T中返回?fù)p耗和遠(yuǎn)端串音的影響可以忽略不計(jì)，但在100Base－TX和1000Base－T中它們對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能將有重要影響。原有ANSI/TIA/EIA568－A標(biāo)準(zhǔn)的5類(lèi)布線(xiàn)沒(méi)有指定返回?fù)p耗和ELFEXT及PSELFEXT的測(cè)試(1995年制定此規(guī)范時(shí)這些問(wèn)題沒(méi)有引起人們的重視)。1998年新標(biāo)準(zhǔn)ANSI/TIA/EIA－TSB－95，在原有規(guī)范基礎(chǔ)上加了這兩項(xiàng)參數(shù)測(cè)試，并稱(chēng)其為增強(qiáng)型5類(lèi)布線(xiàn)。
　　按1000Base－T工作組和布線(xiàn)公司估計(jì)，現(xiàn)有5類(lèi)布線(xiàn)中大約有不到10%不符合安裝規(guī)范，不能支持1000Base－T。不符合ANSI/TIA/EIA－TSB－95規(guī)范的連接設(shè)備也要進(jìn)行升級(jí)。須知，布線(xiàn)系統(tǒng)非標(biāo)準(zhǔn)化并非大規(guī)模鋪設(shè)CAT－5電纜本身所引起，往往問(wèn)題出在連接端口和零星小段電纜。ANSI/TIA/EIA568A－1995在5類(lèi)布線(xiàn)連接中允許使用4種連接器，而返回?fù)p耗和遠(yuǎn)端串音主要就是由連接器引起的。圖2顯示了一個(gè)符合ANSI/TIA/EIA－568－A(1995)的典型5類(lèi)UTP布線(xiàn)系統(tǒng)。

　　ANSI/TIA/EIA TSB－95(1998)定義了五項(xiàng)改進(jìn)措施以提高電纜在返回?fù)p耗和遠(yuǎn)端串音方面的性能：
　　·如果鏈路有一個(gè)交叉連接，把交叉連接重新配置為互連型。
　　·把轉(zhuǎn)接點(diǎn)連接器換為符合增強(qiáng)型5類(lèi)規(guī)范的轉(zhuǎn)接點(diǎn)連接器。
　　·在工作區(qū)出口使用符合增強(qiáng)型5類(lèi)規(guī)范的互連器。
　　　　·把互連器都換為符合增強(qiáng)型5類(lèi)規(guī)范的互連器。
　　·把零星的散線(xiàn)(patch cord)換為符合增強(qiáng)型5類(lèi)規(guī)范的電纜。
　　圖3示出了改進(jìn)后的5類(lèi)布線(xiàn)系統(tǒng)。

3 關(guān)鍵技術(shù)
　　數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)的發(fā)展使在5類(lèi)布線(xiàn)系統(tǒng)及增強(qiáng)型5類(lèi)布線(xiàn)系統(tǒng)中傳輸1000Mbps數(shù)據(jù)成為可能。1000Base－T采用了下列一些關(guān)鍵的技術(shù)保證數(shù)據(jù)的高速傳輸:
　　· 采用符合ANSI/TIA/EIA TSB－95(1995)標(biāo)準(zhǔn)的5類(lèi)布線(xiàn)。
　　·使用電纜中的所有4對(duì)線(xiàn)并使波特率達(dá)到125Mbaud。
　　·全雙工傳輸方式
　　1000Base－T在5類(lèi)UTP的四對(duì)線(xiàn)上同時(shí)雙向傳輸數(shù)據(jù)，相對(duì)于單向發(fā)送和接收數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，能夠在每一對(duì)線(xiàn)上把傳輸波特率減小為原來(lái)的一半，大大提高了可靠性。通常使用混合電路(hybrid)在一對(duì)線(xiàn)上同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收功能，它使用不同頻段的濾波器分別得到發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)，這在很大程度上減小了回波，當(dāng)要完全濾除回波信號(hào)時(shí)，還需在每一線(xiàn)對(duì)中加入回波抵消器。

　　·5電平PAM編碼：
　　由于每個(gè)傳送碼元表示5電平(－2，－1，0，1，2)中的一個(gè)電平(圖4)， 故每波特碼代表2比特信息(4電平代表2位，還有一個(gè)前向糾錯(cuò)碼)，這比二電平編碼提高了帶寬利用率，并能把波特率和所需信號(hào)帶寬減為原來(lái)的一半。多電平編碼需要用多位A/D、D/A轉(zhuǎn)換，采用更高的傳輸信噪比和更好的接收均衡性能，技術(shù)實(shí)現(xiàn)相對(duì)較復(fù)雜。
　　·前向糾錯(cuò)編碼(FEC)
　　前向糾錯(cuò)編碼為二級(jí)編碼，在強(qiáng)干擾和串音影響下能糾正接收信號(hào)中的誤碼。1000Base－T采用的是4維8態(tài)網(wǎng)格的前向糾錯(cuò)編碼，具有很強(qiáng)的糾錯(cuò)能力。
　　·脈沖平滑技術(shù)
　　脈沖平滑技術(shù)通過(guò)發(fā)送信號(hào)的頻譜特性與傳輸信道特征匹配，增大信噪比，達(dá)到最佳傳輸效果，它通過(guò)在收、發(fā)兩端采用數(shù)字和模擬濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。脈沖平滑技術(shù)可減小在干擾嚴(yán)重頻段的發(fā)送信號(hào)功率，減小低頻和高頻的信號(hào)功率，以及濾除外來(lái)的高頻噪聲。通過(guò)脈沖平滑技術(shù)，1000Base－T的傳輸頻譜能夠與100Base－T的頻譜接近一致。
　　·信號(hào)均衡技術(shù)
　　信號(hào)均衡技術(shù)用于補(bǔ)償傳輸信道中引入的信號(hào)失真。線(xiàn)性數(shù)字均衡采用一系列有限沖激響應(yīng)(FIR)濾波器，而非線(xiàn)性均衡采用判決反饋均衡(DFE)，在傳輸媒體引起某些頻段衰減較大的情況采用DFE比線(xiàn)性均衡性能好，但應(yīng)注意DFE易于產(chǎn)生錯(cuò)誤擴(kuò)展(單個(gè)錯(cuò)誤在反饋?zhàn)饔孟乱鹁馄鬟B續(xù)錯(cuò)誤)，導(dǎo)致誤碼率急劇上升。可采用多個(gè)判決反饋濾波器的辦法解決。
　　·擾碼(scrambling)
　　用來(lái)產(chǎn)生隨機(jī)傳輸碼序列，避免出現(xiàn)特殊頻譜信號(hào)。
　　總之，僅僅在幾年前許多專(zhuān)家還認(rèn)為10Mbps以太網(wǎng)將不可能在雙絞線(xiàn)上使用，100Mbps以太網(wǎng)出現(xiàn)時(shí)也有類(lèi)似的看法，今天許多廠(chǎng)商仍對(duì)基于銅線(xiàn)的1000Mbps以太網(wǎng)表示懷疑?，F(xiàn)在，IEEE802.3ab工作組已經(jīng)解決了所有相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題，1999年3月IEEE公布了1000Base－T的正式標(biāo)準(zhǔn)802.3ab，現(xiàn)有基于100Base－T的5類(lèi)布線(xiàn)將能很容易地轉(zhuǎn)而支持1000Base－T?？梢灶A(yù)見(jiàn)，千兆以太網(wǎng)的應(yīng)用即將進(jìn)入一個(gè)新的紀(jì)元。
參考文獻(xiàn)
1 Joe Skorupa，George Prodan. Battle of the Backbones: ATM vs.Gigabit Ethernet.Data communications V26 n5 Apr 1997
2 Bobby Johnson，Kishore Jotwani. Cells vs.Frames: Which　Wins on the Backbone.Data Communications V26 n17 Dec 1997
3 David Axner.Gigabit Ethernet:A Technical Assessment. Telecommunications(Americas Edition) V31 n3 Mar1997
4 Mart Molle，Mohan Kalkunte， Jayant Kadambi. Frame Bursting:A Technique for Scaling CSMA/CD to Gigabit Speeds. IEEE Network V11 n4 Jul－Aug 1997
5 Al Lounsbury.Gigabit Ethernet:the Difference is in the Details. Data communications V26 n6 May 1997
6 Drusie Demopolous.The Converging Worlds of Layer2 and Layer3 Switching.Telecommunications (American Edition) V31 n10 Oct 1997
7 David Axner.Gigabit Ethernet:A Technical and Market Update.Telecommunications (American Edition) V32 n7 Jul 1998
8 Nick Lippis.Three Sweet Spots for Gigabit Ethernet Links. Data Communications V26 n13 Oct 1997
9 Sean Riley，Stephen thorne.Time for a Server Tune－up.Data Communications V27 n5 Apr 1998
10 Erica Roberts. Gigabit Ethernet: Fat Pipe or Pipe Bomb? Data Communications V26 n6 May 1997
11 Robert Mandevile，Deval Shah.Gigabit Ethernet Gets it Done.Data Communications V27 n2 1998
12 Bernard Daines.The Future of Gigabit LANs. Telecom－munications (American Edition) V31 n1 Jan 1997
13 Gigabit Ethernet over Copper. White paper， Gigabit Ethernet Alliance， October 1998
14 Gigabit Ethernet Overview.White paper，Gigabit Ethernet Alliance， June 1998
15 Gigabit Ethernet over Copper. White paper， Gigabit Ethernet Alliance， November 1997