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9-5 10 Gigabit Ethernet 網路簡介
9-5-1 10 Gigabit Ethernet 網路規範 隨著 Ethernet 網路應用的廣泛，我們期望 Gigabit Ethernet 網路更進一步的發展。IEEE 802.3ae於 2002 年正式公佈 10 Gigabit Ethernet 的標準規範，也讓 10 Gigabit Ethernet 正式導入市場應用。目前正由 10GEA 聯盟（10 Gigabit Ethernet Alliance）積極推動之中。首先，我們來看 10 Gigabit Ethernet 的標準規範：
9-5-2 10 Gigabit Ethernet 基本原理 在 IEEE 802.3z 的規範上，為了將傳輸速率提高至 1000 Mbps，並能合乎『載波感出多重存取附碰撞偵測』（CSMA/CD）之半雙工傳輸模式；同時也為了能符合最小訊框限制及 EIA-568-A 的佈線標準，使用訊爆方式以增加訊框停留在傳輸媒介上的時間，才能維持 205 公尺的傳輸距離。如果在 10 Gigabit Ethernet 網路上利用這種方式來提高傳輸距離，幾乎不可行。還好目前交換設備技術層次提高，因此，10 Gigabit Ethernet 網路捨棄原來半雙工的 CSMA/CD 運作模式，而一律採用交換式的傳輸模式。當訊框進入交換器後，交換器依照它的目的位址轉送到適當的埠口上，其中運作模式並不涉及 CSMA/CD 通訊協定。以全雙工的運作模式，在製作方面反而比半雙工的運作模式較為容易，而且連結現有的 10 Mbps、100 Mbps或 1000 Mbps 也不必額外的轉換，因為它完全合乎 CSMA/CD 協定標準。 當傳輸速率提高到 10 Gigabit 時，它應用層次已不再侷限於端點使用，而大多使用於傳輸骨幹上。因此，10 Gigabit Ethernet 提出兩種應用環境：區域網路傳輸骨幹（10Gbase-R）和廣域網路傳輸骨幹（10Gbase-W）。另外為了能讓現有的 Gigabit Ethernet 網路直接提昇至 10 Gigabit，IEEE 803.3ae 也提出 10Gbase-X 架構；對於傳輸媒介上的考慮，10 Gigabit 捨棄雙絞線和同軸電纜，而一律採用光纖纜線。至於區域網路可使用較便宜的多模光纖；廣域網路則採用傳輸距離較遠的單模光纖纜線。為了能即時進入廣域網路環境的應用，在實體層方面則採用目前使用最廣泛的 SONET/SDH 傳輸模式。 9-5-3 10 Gigabit Ethernet 協定堆疊 圖 9-17 為 10 Gigabit Ethernet 通訊協定堆疊，其連線主要有三種型態：10GBase-R 為區域網路通訊架構；10GBase-W 為廣域網路架構；10Gbase-X 是直接由 Gigabit Ethernet（1000Base-X）提昇的通訊結構。其內容包含如下：
圖 9-17 10Gigabit Ethernet 協定堆疊 10 Gigabit Ethernet 工作小組為了提高各種傳輸模式（10Gbase-R、10GbBase-W 與 10Gbase-X）之間的互通性，而提出『XAUI』的介面模式。XAUI 中的 “X” 為羅馬數字的 10，代表 10 Gigabit 的意思；AUI 是借用標準 Ethernet 的『銜接單元介面』（Attachment Unit Interface）。XAUI 主要是提出一個介面標準，讓製造晶片廠商可以設計出晶片和晶片之間（Chip-to-Chip）的介面，如圖 9-18 所示。透過 XAUI 的連接介面，我們可以選用 10GBase-R、10GBase-W 或 10GBase-X 的元件連接，對於網路的變通性（flexible）也較高。 由 XGMII 輸出 72 條（雙向的 32 位元資料線和其他控制訊號）的訊號，經過 XGXS（XAUI Extender Sublayer）轉換成四條串列輸出的 XAUI 介面。因此，XAUI 是屬於低介面數的自調時序串列匯流排（self-clocked serial bus）。XAUI 如果被用在 Gigabit 網路的發展延伸，每一條序列線道（serial lane），必須提供原來 2.5 倍的傳輸速率，並且選用 8B/10B 編碼系統，才能將整個傳輸速率提高十倍。XAUI 如果被用於廣域網路連接模組，必須增加 WIS 次層模組，其透過 16 位元之並行傳輸介面（XSBI）連接到 PMA 次層。
圖 9-18 XAUI 擴充介面於 MAC 和 PCS 之間 9-5-4 10 Gigabit Ethernet 實體層 IEEE 802.3ae 在規格建議書上選擇五種傳輸媒介，如表 9-4 所示。在廣域網路上，工作小組選擇 1310 nm（nanometer）序列式光纖的傳輸距離可達 2 公里到 10 公里（單模傳輸，SMF）；另外選用 1550 nm 之單模傳輸可達 40 公里，這兩種實體模式基本上都符合大都會網路應用。另外多模光纖使用 850 nm 和 1310 nm 的傳輸距離為 65 公尺與 300 公尺，也能符合區域網路的傳輸骨幹使用。 在光纖傳輸方面，工作小組選擇兩種版本，一為『寬波分割多工模式』（Wide Wave Division Multiplexing, WWDM），其主要應用於 1310 nm 光纖纜線的單模或多模傳輸，傳輸最遠可達 10 公里。另一為『序列式』（Serial）傳輸模式，可應於 1310 nm 與 1550 nm 的光纖纜線上的單模傳輸。 表 9-4 10Gigabit Ethernet 的光纖傳輸規格
LAN PHY 和 WAN PHY（PHYsical Layer） 都建構在共通的 PMD 層次上（如圖 9-8 所示），基本上兩者都提供相同傳輸速率。但是 10 Gigabit LAN PHY 為能在 Gigabit 網路上擴充，得配合現有的 8B/10B 編碼，所以必須採用光纖交換方式才能達到該傳輸速率。在 WAN PHY 方面是採用目前使用最廣泛的 SONET/SDH 傳輸網路，為了配合 SONET 的傳輸模式，WAN PHY 傳輸速率只能達到 9.29 Gbps。又 10 Gigabit Ethernet 的實體層保留原有之非同步傳輸模式，當訊框資料填入同步傳輸的 SONET 訊框時，必須每個字元的位元串列之中加入時脈同步訊號。因此，網路上的集線器、路由器、或交換器都必須具有重新定時（re-time）、重新同步（re-synchronize）之功能（如圖 9-18 所示），以避免接收端和傳送端之間時序的不同步。LAN PHY 和 WAN PHY 的協定堆疊的製作方式如圖 9-19 所示。
圖 9-19 10Gigabit Ethernet 之實體層
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