以太网光纤介质的距离限制与突破

李勇，汪成义

　　1引言

　　今天，以太网技术已成为局域网中不可或缺、暂时还无可取代的技术。随着局域网的广泛普及、网络规模的扩大、以太网接入技术的快速发展、网络传输速率的不断增长，以及网络互联互通和下一代网络技术的应用需求，以太网的传输方式、传输能力、服务质量越来越受到关注，其中传输距离、传输速率是以太网传输能力的重要体现，是以太网从传统的局域网技术走向城域网技术甚至广域网技术的关键。然而，从技术的角度来看，传输速率越高，传输受限距离越短；从应用需求来说，越是高速率，越可能用于骨干传输，其传输距离要求越长。也正因为这一对矛盾的存在，以及高速以太网向更大范围的园区骨干和城域应用的快速扩展，以太网相关标准的传输距离限制常常遇到挑战：为何受到标准距离的限制？能否突破以满足实际距离需求？本文以基于光纤介质的吉位以太网相关标准为参照，着重从媒体访问控制方式、传输损耗、传输色散等角度分析以太网传输距离的限制因素和突破办法。

　　2吉位以太网相关标准的距离限制

　　自从1998年6月IEEE 802.3z吉位以太网标准（有关1 000 Base-SX，1 000 Base-LX和1 000 Base-CX接口）正式通过以来，先后通过了IEEE 802.3ab（有关1 000 Base-T接口）吉位以太网标准和IEEE 802.3ae（有关10 GBase-SR， 10 GBase-LR，10 GBase-ER，10 GBase-SW，10 GBase-LW，10 GBase-EW和10 GBase-LX4接口）10 G以太网标准。但就长距离传输的吉位以太网来说，主要关心的是与光纤介质相关的吉位以太网标准——IEEE 802.3z。

　　依据IEEE 802.3z标准，不同光纤带宽对应的波长、最大传输距离如表1所示。其中，工作波长850 nm对应1 000 Base-SX，工作波长1 310 nm对应1 000 Base-LX。

　　表1吉位以太网对应不同光纤类型、波长的最大传输距离

　　光纤类型工作波长(nm)模带宽（MHz·km）最大传输距离(m)

　　62.5 μm 多模850160220

　　62.5 μm多模850200275

　　50 μm多模850400500

　　50 μm多模850500550

　　62.5 μm多模1 310500550

　　50 μm多模1 310400/500550

　　10 μm单模1 310N/A5 000

　　表1中与传输距离限制紧密相关的一个重要参数是模带宽，是一段光纤所能通过的最大调制频率脉冲的调制频率和光纤长度的乘积，它体现了光纤传输信息的能力，主要体现了色散对光纤系统的传输速率、传输距离的影响。表1中有关参数的给定条件分析：①均采用LD光源而不再像低速率系统那样采用LED光源；②考虑了不同类型、不同等级的光纤，特别是传统的光纤，新出现的光纤未列出但其将提供更好的性能；③单模光纤模式色散可忽略不计，其对应模带宽值足够大；④最大传输距离是指无中继放大、无色散补偿时的距离。

　　3影响传输距离的关键因素

　　影响以太网传输距离的因素很多，如噪声、串扰等，其中较关键的因素主要有媒体访问控制方法、信号传输的衰减和信号传输的色散。下面分别就其原理、影响、改进办法进行分析。

　　3.1媒体访问控制方法对传输距离的制约
以太网的媒体访问控制方法CSMA/CD是制约传输距离的最基本的因素，它随以太网技术的出现而出现，并随着传输速率的提高而限制距离更短。CSMA/CD的基本思想是先听后说，遇干扰时找机会再说，即对于同一网段上的每个节点，共享同一传输介质，监听同一网段的状态，并可能试图发送数据，但同一时间段只能有一个节点能够发送合法数据，其他节点可接收被传输的数据，若节点发送的数据信号被其他信号所混淆，说明已发生冲突，需用退让算法进行避让。典型的退让算法是截断二进制指数退让算法（Truncated Binary Exponential Backoff）：

　　（1）当发送某数据第一次出现冲突时，取