7.1.4 高速以太网
一般称速率大于等于100 Mbit/s的以太网为高速以太网，目前应用的有100 BASE-T快速以太网、千兆位以太网和10 Gbit/s以太网等，下面分别加以介绍。
1.100 BASE-T快速以太网
1993年出现了由Intel和3COM公司大力支持的100 BASE-T快速以太网，1995年IEEE正式通过快速以太网/100 BASE-T标准，即IEEE 802.3u标准。
(1)100 BASE-T快速以太网的特点
①传输速率高
100 BASE-T快速以太网的传输速率可达100 Mbit/s。
②沿用了10 BASE-T以太网的MAC协议
100 BASE-T快速以太网采用了与10 BASE-T以太网相同的MAC协议，其好处是能够方便地付出很小的代价便可将现有的10 BASE-T以太网升级为100 BASE-T以太网。
③可以采用共享式或交换式连接方式
10 BASE-T和100 BASE-T两种以太网均可采用以下两种连接方式。
(a)共享式连接方式——将所有的站点连接到一个集线器上，使这些站点共享10M或100M的带宽。这种连接方式的优点是费用较低，但每个站点所分得的频带较窄。
(b)交换式连接方式——所谓交换式连接方式是将所有的站点都连接到一个交换集线器或以太网交换机上。这种连接方式的优点是每个站点都能独享10M或100M的带宽，但连接费用较高(此种连接方式相当于交换式以太网)。采用交换式连接方式时可支持全双工操作模式而无访问冲突(全双工操作模式是每个站点可以同时发送和接收数据，一对线用于发送数据，另一对线用于接收数据)。
④适应性强
10 BASE-T以太网的设备只能工作于10 Mbit/s这个单一速率上，而100 BASE-T以太网的设备可同时工作于10 Mbit/s和100 Mbit/s速率上。所以100 BASE-T网卡能自动识别网络设备的传输速率是10 Mbit/s还是100 Mbit/s，并能与之适应，也就是说此网卡既可作为100 BASE-T网卡，又可降格为10 BASE-T网卡使用。
⑤经济性好
100 BASE-T快速以太网的传输速率是10 BASE-T以太网的10倍，但其价格目前只是10 BASE-T以太网的2倍(甚至会更低)，即性能价格比高。
⑥网络范围变小
由于传输速率升高，导致信号衰减增大，所以100 BASE-T比10 BASE-T以太网的网络范围小。
(2)100 BASE-T快速以太网的标准
100 BASE-T快速以太网的标准为IEEE 802.3u，是现有以太网IEEE 802.3标准的扩展。
100 BASE-T快速以太网的MAC子层标准与IEEE 802.3的MAC子层标准相同。所以，100 BASE-T快速以太网的帧结构、帧携带的数据量、介质访问控制机制、差错控制方式及信息管理等，均与10 BASE-T以太网的相同。
IEEE 802.3u规定了100 BASE-T快速以太网的4种物理层标准。
①100 BASE-TX
100 BASE-TX有以下几个要点。
(a)使用2对5类非屏蔽双绞线(UTP)或屏蔽双绞线(STP)，其中一对用于发送数据信号，另一对用于接收数据信号。
(b)最大网段长度100 m。
(c)100 BASE-TX采用4B/5B编码方法，以125 Mbit/s的串行数据流来传送数据信号。实际上，100 BASE-TX使用“多电平传输3(MLT-3)”编码方法来降低信号速率。MLT-3编码方法是把125 Mbit/s的信号除以3后而建立起41.6 Mbit/s的数据传输速率，这就有可能使用5类线。100 BASE-TX由于速率较高而要求使用较高质量的电缆。
(d)100 BASE-TX提供了独立的发送和接收信号通道，所以能够支持可选的全双工操作模式。
②100 BASE-FX
100 BASE-FX是使用光缆作为传输介质的快速以太网，它具有以下几个要点。
(a)100 BASE-FX可以使用2对多模(MM)或单模(SM)光缆，一对用于发送数据信号，一对用于接收数据信号。
(b)支持可选的全双工操作方式。
(c)光缆连接的最大网段长度因不同情况而异。使用多模光缆的网络允许412 m长的链路，如果此链路是全双工型，那么此数字可增加到2 000 m;质量高的单模光缆允许10 km或更长的全双工式连接。100 BASE-FX中继器网段长度一般为150 m，但实际上与所用中继器的类型和数量有关。
(d)100 BASE-FX使用与100 BASE-TX相同的4B/5B编码方法。
③100 BASE-T4
100 BASE-T4的要点如下。
(a)100 BASE-T4可使用4对音频级或数据级3、4或5类UTP，信号速率为25 Mbit/s。3对线用来同时传送数据信号，而第4对线用作冲突检测时的接收信道。
(b)100 BASE-T4的最大网段长度为100 m。
(c)采用8B/6T编码方法，就是将8位一组的数据(8B)变成6个三进制模式(6T)的信号在双绞线上发送，该编码法比曼彻斯特编码法要高级得多。
(d)100 BASE-T4没有单独专用的发送和接收线，所以不可能进行全双工操作。
④100 BASE-T2
100 BASE-T4有两个缺点:一个是要求使用4对3、4或5类UTP，而某些设施只有2对线可以使用;另一个是它不能实现全双工。IEEE于1997年3月公布了802.3Y标准，即100 BASE-T2标准。100 BASE-T2快速以太网有以下几个要点。
(a)采用2对音频或数据级3类、4类或5类UTP，其中一对用于发送数据信号，一对用于接收数据信号。
(b)100 BASE-T2的最大网段长度是100 m。
(c)100 BASE-T2采用一种比较复杂的五电平编码方案，称为PAM5X5，即将MII(媒体独立接口)接收的4位半字节数据信号翻译成五个电平的脉冲幅度调制信号。
(d)支持全双工操作。
(3)100 BASE-T快速以太网的组成
100 BASE-T快速以太网和一般以太网的组成是相同的，即由工作站、网卡、集线器、中继器、传输介质及服务器等组成。
(4)100 BASE-T快速以太网的拓扑结构
100 BASE-T快速以太网基本保持了10 BASE-T以太网的网络拓扑结构，即所有的站点都连到集线器上，在一个网络中最多允许有两个中继器。
2.千兆位以太网
(1)千兆位以太网的要点
千兆位以太网是一种能在站点间以1 000 Mbit/s(1 Gbit/s)的速率传送数据信号的网络。IEEE于1996年开始研究制定千兆位以太网的标准，即IEEE 802.3z标准，此后不断加以修改完善，1998年IEEE 802.3z标准正式成为千兆位以太网标准。千兆位以太网的要点如下。
(a)千兆位以太网的运行速度比100 Mbit/s快速以太网快10倍，可提供1 Gbit/s的基本带宽。
(b)千兆位以太网采用星形拓扑结构。
(c)千兆位以太网使用和10 Mbit/s、100 Mbit/s以太网同样的以太网帧，与10 BASET和100 BASE-T技术向后兼容。
(d)当工作在半双工(共享介质)模式下，它使用和其他半双工以太网相同的CSMA/CD介质访问控制机制(其中作了一些修改以优化1 Gbit/s速率的半双工操作)。
(e)支持全双工操作模式。大部分千兆位以太网交换机端口将以全双工模式工作，以获得交换机间的最佳性能。
(f)千兆位以太网允许使用单个中继器。千兆位以太网中继器像其他以太网中继器那样能够恢复信号计时和振幅，并且具有隔离发生冲突过多的端口以及检测并中断不正常的超时发送的功能。
(g)千兆位以太网采用8B/10B编码方案，即把每8位数据净荷编码成10位线路编码，其中多余的位用于错误检查。8B/10B编码方案产生20%的信号编码开销，这表示千兆位以太网实际上必须以1.25GBaud的速率在电缆上发送信号，以达到1 000 Mbit/s的数据传输速率。
(2)千兆位以太网的物理层标准
千兆位以太网的MAC子层标准也与IEEE 802.3的MAC子层标准相同，其物理层标准有以下4种。
①1000 BASE-LX(IEEE 802.3z标准)
“LX”中的“L代表“长(Long)”，因此它也被称为长波激光(LWL)光纤网段。1000 BASE-LX网段基于的是波长为1 270～1 355 nm(一般为1 310 nm)的光纤激光传输器，它可以被耦合到单模或多模光纤中。当使用纤芯直径为62.5μm和50μm的多模光纤时，传输距离为550 m;使用纤芯直径为10μm的单模光纤时，可提供传输距离长达5 km的光纤链路。
1000 BASE-LX的线路信号码型为8B/10B编码。
②1000 BASE-SX(IEEE 802.3z标准)
“SX”中的“S”代表“短(Short)”，因此它也被称为短波激光(SWL)光纤网段。1000 BASE-SX网段基于波长为770～860 nm(一般为850 nm)的光纤激光传输器，它可以被耦合到多模光纤中。使用纤芯直径为62.5μm和50μm的多模光纤时，传输距离分别为275 m和550 m。
1000 BASE-SX的线路信号码型是8B/10B编码。
③1000 BASE-CX(IEEE 802.3z标准)
1000 BASE-CX网段由一根基于高质量STP的短跳接电缆组成，电缆段最长为25 m。1000 BASE-CX的线路信号码型也是8B/10B编码。
以上介绍的1000 BASE-LX、1000 BASE-SX和1000 BASE-CX可统称为1000 BASE-X。
④1000 BASE-T(IEEE 802.3ab标准)
1000 BASE-T使用4对5类UTP，电缆最长为100 m，线路信号码型是PAM5X5编码。
值得说明的是，千兆位以太网为了满足对速率和可靠性的要求，其传输介质优先使用光纤。
3.10 Gbit/s以太网
IEEE于1999年3月年开始从事10 Gbit/s以太网的研究，其正式标准是IEEE 802.3ae标准，它于2002年6月完成。
(1)10 Gbit/s以太网的特点
·数据传输速率是10 Gbit/s;
·传输介质为多模或单模光纤;
·10 Gbit/s以太网使用与10 Mbit/s、100 Mbit/s和1 Gbit/s以太网完全相同的帧结构;
·线路信号码型采用8B/10B和MB810两种类型编码;
·10 Gbit/s以太网只工作在全双工方式，显然没有争用问题，也就不必使用CSMA/CD协议。
(2)10 Gbit/s以太网的物理层标准
10吉比特以太网的MAC子层标准同样与IEEE 802.3的MAC子层标准相同，其物理层标准包括局域网物理层标准和广域网物理层标准。下面介绍局域网物理层标准(LAN PHY)。
局域网物理层标准规定的数据传输速率是10 Gbit/s，具体包括以下几种。
①10000 BASE-ER
10000 BASE-ER的传输介质是波长为1 550 nm的单模光纤，最大网段长度为10 km，采用64B/66B线路码型。
②10000 BASE-LR
10000 BASE-LR的传输介质是波长为1 310 nm的单模光纤，最大网段长度为10 km，也采用64B/66B线路码型。
③10000 BASE-SR
10000 BASE-SR的传输介质是波长为850 nm的多模光纤串行接口，最大网段长度采用62.5μm多模光纤时为28 m/160 MHz·km、35 m/200 MHz·km;采用50μm多模光纤时为69、86、300 m/0.4 GHz·km。10000 BASE-SR仍采用64B/66B线路码型。