万兆以太网技术及测试

万兆以太网技术及测试

从1973年施乐公司（Xerox ）提出并实现以太网技术以来，历经了30年的时间，以太网技术最终战胜了令牌总线、令牌环、wangnet、25M ATM等技术，成为局域网的事实标准。以太网技术当前在全球范围局域网占绝对主导地位，市场占有率超过了90％。

虽然以太网在局域网中占有绝对优势，但是在很长的一段时间内，人们普遍认为以太网不能适用于城域网。主要原因有两个，一是以太网用作城域网骨干带宽太低。即使是千兆以太网链路在当前10M以太网到用户桌面的环境下，作为汇聚也是勉强，作为骨干则更是力所不能及。二是以太网传输距离过短。无论是10M、100M还是千兆以太网，由于信噪比、碰撞检测、可用带宽等原因双绞线传输距离都是100m；使用光纤传输时距离由光纤的损耗和色散等所制约。IEEE 802.3z规定1000Base-SX 接口使用纤芯62.5/125的多模光纤最长传输距离275m，使用纤芯50/125的多模光纤最长传输距离550m；1000Base－LX接口使用纤芯62.5/125的多模光纤最长传输距离550m，使用纤芯50/125的多模光纤最长传输距离550m，使用纤芯为9/125的单模光纤最长传输距离5000m。据局域网5公里的最长传输距离对城域网来说是远远不够的。虽然某些厂商开发的千兆接口已经能达到80km传输距离（如1000base-ZX），而且一些厂商之间已完成互通测试，但毕竟是非标准的实现，不能保证所有厂商该类接口的互联互通。

2002年6月12日，随着 802.3ae10GE万兆以太网标准的正式颁布，以太网迎来了一个新的春天。万兆以太网技术是以太网技术发展中的一个重要标准。它是一种只适用于全双工模式，所以它不需要带有冲突检测的载波侦听多路访问协议（CSMA/CD）。除此之外，万兆以太网与原来的以太网模型完全相同，仍然保留了以太网帧结构，只是通过不同的编码方式或波分复用提供10Gbit/s传输速度。

万兆以太网可以分为局域网应用和广域网应用：10Gbps局域以太网物理层的特点是，支持

802.3MAC全双工工作方式，允许以太网复用设备同时携带10路1G信号，帧格式与以太网的帧格式致，工作速率为10Gbps。10Gbps局域网可用最小的代价升级现有的局域网，并与10/100/1000Mbps 兼容，使局域网的网络范围最大达到40km。10Gbps广域网物理层的特点是采用OC-192c帧格式在线路上传输，传输速率为9.58464Gbps。

万兆以太网能够使用多种光纤介质，具体表示方法为10Gbase-[介质类型][编码方案][波长数]，或更加具体些表示为：10GBase[E/L/S][R/W/X][/4]。在光纤介质类型中，S为短波长(850nm)，用于多模光纤在短距离(约为35m)传送数据；L为长波长，用于在校园的建筑物之间或大厦的楼层进行数据传输，在使用多模光纤时，传输距离为9Om，而当使用单模光纤时可支持10km的传输距离；E为特长波长，用于广域网或城域网中的数据传送，当使用1550nm波长的单模光纤时，传输距离可达40km。在编码方案中，X为局域网物理层中的8B/10B编码，R为局域网物理层中的64B/66B编码，W为广域网物理层中的64B/66B编码(简化的SONET/SDH封装)。最后的波长数可以为4，使用的是宽波分复用(WWDM)。在进行短距离传输时，WWDM要比密集波分复用(DWDM)适宜得多。如果不使用波分复用，则波长数就是l，并且可将其省略。为了解决因现有多模光纤模式带宽过低而造成传输距离过短这一问题，又开发出一种高带宽多模光纤（HDMMF），可以使多模光纤支持的最远传输距离达到300m。

鉴于万兆以太网的应用主要集中在局域网和园区网的骨干链路、城域网中，并且数据是以10Gbps 的高速在传输，确保整体的传输性能就非常重要。在这种情况下，对物理链路的测试就更加不能疏忽。

为了使光纤链路的测试方法和手段满足日益发展的光纤局域网应用的需求，TIA/EIA委员会于2004年2月正式通过了TSB-140标准。TSB-140 标准就是要去除人们对光纤链路要进行什么样的测试和如何进行测试的疑惑。

TSB-140包括了诸如：如何使用可视故障定位设备进行连续性和极性测试、如何使用光纤损耗测试包（OLTS）进行插入损耗测试、以及如何使用 OTDR进行故障查找等等内容。TSB-140将光纤测试分为两个等级，等级1包括了使用 OLTS进行的插入损耗设置，等级2在 OLTS损耗测试基础上增加了OTDR测试。结合两个等级的测试方式，施工者可以最全面的认识光缆的安装，网络所有者也有了安装质量的证明。

根据 TSB-140 标准，所有光缆链路都需要进行等级1的测试。等级1测试测试光缆的衰减（插入损耗）、长度以及极性。进行等级1测试时，要使用光缆损耗测试设备（OLTS）测量每条光缆链路的衰减，通过光学测量或借助电缆护套标记计算出光缆长度，使用OLTS或可视故障定位器（VFL）验证光缆极性。等级2测试是可选的，但也是非常重要的。等级二测试包括等级1的测试参数，还包括对每条光纤链路的OTDR曲线。OTDR曲线是一条光纤随长度变化的衰减图形。通过检查路径的不一致性，您可以深入查看链路的详细性能（电缆、连接器或接合处）以及施工质量。OTDR 曲线不能替代使用OLTS进行的插入损耗测量，但可用于光缆链路的补充性评估。众所周知，使用 OTDR测试出的链路插入损耗与实际的插入损耗没有关系，而实际的插入损耗是只能由 OLTS 的测试方法来得到（这也是为什么没有一个网络标准使用OTDR的数据来作为系统衰减的参数的原因）。目前，大多数的 OTDR 产品是不适合用来对光纤布线系统进行测试的，主要的原因是他们难以满足对距离分辨率的要求、以及由于使用另类测试技术而导致不能满足对损耗测试的精度要求。目前在结构化布线的从业人员中很少有人得到过对OTDR使用以及数据分析的培训，所以常常会有对测试结果分析的误解情况发生。此外，OTDR的测试是一个“昂贵”的工作，会增大光纤布线系统的成本。所以在TSB-140的适用范围中增加了这样一个说明，等级1的测试是本标准中的强制要求。

近期安恒网络测试服务中心已经成功地为几个园区网进行了万兆以太网布线系统的验收检测，发

现主要的问题是用户和施工方对万兆以太网不限的测试标准和测试方法缺乏了解。为此，安恒网络维护学院在其开设的CCTT、CFTT布线及光纤认证测试工程师培训中增加了万兆以太网工程测试验收及TSB-140标准的相应内容。

在对万兆以太网的物理链路的测试中还有一个非常重要的参数，这个参数就是色散。色散是指传输中引起的数据信号的变形和失真，如果系统中的色散过大就会使接收设备识别信号发生错误，导致系统误码率的升高。色散在高速率长距离的传输中影响更大，所以在短距离的网络传输中是可以不对色散进行测试的。当万兆以太网进行远距离传输（>40Km）时，由于色散的原因系统的性能会严重下降。这个时候就需要使用色散测试仪对色散进行测试，以保证系统能够稳定的传输。如果色散测试结果过大，还需要在链路中适当加入色散补偿光纤，以使系统的总色散符合要求。

总之，由于万兆以太网传输速率高，对传输介质的性能要求要远高于千兆以太网，所以对于万兆以太网物理介质层的测试必须遵照国际标准的要求，全面仔细地进行，只有这样才能够确保万兆以太网络的传输性能，使万兆以太网络发挥它真正的作用。