1.3.2 100Mbps Ethernet

IEEE 802.3标准定义的传输速率为10Mbps。随着网络应用规模的扩大，对网络带宽和传输质量提出了更高的要求，10Mbps网络所能提供的网络带宽已很难满足应用需要。于是，由3Com、Intel、Sun及Bay Networks等公司组成的快速以太网联盟提出了一种100Mbps Ethernet技术，称为快速以太网或100BASE-T网络，IEEE将100BASE-T接纳为802.3u标准。

100BASE-T的MAC层仍采用CSMA/CD协议，只是重新定义了物理层规范。因此，100BASE-T技术规范主要是指它的物理层规范。

1．物理层规范

100BASE-T定义了三种物理层标准：100BASE-T4、100BASE-TX和100BASE-FX，分别支持不同的传输介质，见图1-7。MAC层通过一个介质无关接口（MII）与三种物理层协议中的一个相连接。MII类似于802.3中的访问单元接口（AUI），通过提供单一的接口来支持任何符合100BASE-T标准的外部收发器。

由于MAC层功能与传输速率无关，因此100BASE-T中的帧格式、帧长度、差错控制及有关管理信息等均与10BASE-T相同，只是对个别参数进行了调整，如帧间间隔由9.6μs调整为0.96μs，因为传输速率提高了10倍。

100BASE-T的重点在于物理层，并定义了三个物理层规范，它们都由物理编码子层（PCS）和物理介质相关（PMD）子层组成。下面简要介绍100BASE-T的物理层功能。

1）100BASE-T4

100BASE-T4是4对线UTP电缆系统，支持3类、4类和5类UTP电缆，UTP电缆连接器采用RJ45连接器。在4对线中，3对线用于数据传输，1对线用于冲突检测。

在100BASE-T4的PCS子层，定义了一种新的信号编码和收发技术，它采用8B6T编码技术，即把8位二进制码组编码成6位三进制码组，再经过差分不归零（DNRZ）编码后输出到3对数据线上。每对数据线构成一个传输通道，且以半双工模式工作，即三个通道要么全处于发送状态，要么全处于接收状态，每个通道的传输速率为33.3Mbps，三个通道的总传输速率为100Mbps，这样就在音频级的3类UTP电缆上实现了100Mbps的传输速率，用户可以在原有3类UTP电缆系统基础上，将10BASE-T升级到100BASE-T，充分利用已有的投资。

2）100BASE-TX

100BASE-TX是2对线UTP电缆系统，支持5类UTP和1类屏蔽双绞线（STP）电缆。其中，5类UTP电缆采用RJ45连接器，而1类STP电缆采用9芯D型（DB-9）连接器。在4对线UTP电缆中，100BASE-TX只使用了2对线，构成发送通道和接收通道，它们所用的线号与10BASE-T完全相同，以实现兼容性。由于发送通道和接收通道是相互独立的，100BASE-TX的链路模式为全双工。

在100BASE-TX的PCS子层，采用了FDDI网络中的4B5B编码技术，将4位二进制数据用5位二进制进行编码，然后再经过差分不归零（DNRZ）编码后输出到发送通道上。在4B5B编码中，每个4位数据需要增加1位开销，编码效率是80%，即100Mbps的数据传输速率需要125Mbps的信号速率，而传统的曼彻斯特编码只有50%的有效率。可见，100BASE-TX是采用集成方法实现的，而没有采用定义新的信号编码方法的技术路线，它将标准化的802.3MAC层和802.8（FDDI）的物理层有机地结合起来，在物理层直接采用FDDI网络收发器芯片，大大缩短了开发周期，节省了开发成本。

在构造100BASE-T网络时，主要使用100BASE-TX网络硬件产品。

3）100BASE-FX

100BASE-FX是多模光纤系统，使用2芯62.5/125μm光纤。在2芯光纤中，一个用于发送数据，另一个用于接收数据，其链路模式为全双工。它也采用FDDI网络的物理层标准，使用相同的4B5B编码器、收发器以及MIC、ST和SC连接器。100BASE-FX主要用于超长距离或易受电磁波干扰的应用环境。

100BASE-T网络采用以集线器为中心的星形拓扑结构，并规定了计算机节点与集线器之间的最大电缆长度：100BASE-T4和100BASE-TX均为100m；100BASE-FX为400m。并且100BASE-T4、100BASE-TX和100BASE-FX可以通过一个集线器实现混合连接，集成到同一100BASE-T网络中。

4）10/100Mbps自动协商

100BASE-T还有一个重要功能，即10Mbps和100Mbps两种速率自适应功能，这是通过10/100Mbps自动协商功能实现的。自动协商功能允许一个节点向同一网段上另一端的网络设备广播其传输容量。对于100BASE-T来说，自动协商将允许一个节点上的网卡或一个集线器能够同时适应10Mbps和100Mbps两种传输速率，能够自动确定当前的速率模式，并以该速率进行通信。

自动协商是在链路初始化阶段进行的。一个100BASE-T设备（网卡或集线器）初始启动时，将速率模式设置为100Mbps，并产生一个快速连接脉冲（FLP）序列来测试链路容量。如果另一端设备接收到FLP并能辨识其中的内容，则说明该设备也是一个100BASE-T设备，它会向对方发送响应脉冲信号。这时，双方都知道对方是一个100BASE-T设备，将链路容量设置为100Mbps。如果另一端设备不能辨识这个FLP，则说明该设备不是一个100BASE-T设备，而是一个10BASE-T设备，它不会响应对方的FLP。这时，100BASE-T设备将速率模式设置成10Mbps，重新发送一个正常连接脉冲（NLP）序列。如果对方给予响应，说明对方确是一个10BASE-T设备，并将链路容量设置为10Mbps。

例如，如果一个10/100网卡和一个10BASE-T集线器连接，该网卡首先发送FLP来测试链路容量。由于对方是一个10BASE-T集线器，不会响应该网卡的FLP。该网卡在超时后，会发送NLP再次测试链路容量。这时，10BASE-T集线器则会给予响应。该网段的链路容量将被设置为10Mbps。如果将10BASE-T集线器升级为100BASE-T集线器，通过自动协商可将该网段的链路容量自动升级为100Mbps。在速率升级过程中，不需要人工干预。

此外，在两端都是100BASE-T设备的情况下，也可根据需要将该网段的链路容量设置为10Mbps。链路容量测试和自动协商功能也可由网络管理软件来驱动。

2．网络组成技术

100BASE-T网络采用了与10BASE-T相同的星形拓扑结构，并对网络拓扑规则进行了适当的调整和重定义，见图1-8。

100BASE-T网络可以采用集线器或交换机进行组网，集线器和交换机是两种不同的设备，集线器是一种物理层设备，功能相当于多口中继器。交换机是一种链路层设备，功能相当于网桥。使用不同的设备组网时，它们的拓扑规则是不同的。100BASE-T网络的主要拓扑规则如下：

（1）采用UTP电缆连接时，计算机节点与交换机或集线器之间的最大电缆长度为100m；

（2）采用光纤连接时，计算机节点与交换机之间的最大光纤长度为400m。如果采用远程光收发器，两台设备之间的连接距离可达2000m；

（3）采用集线器进行网络连接时，一个网段中最多允许有两个集线器，集线器之间的最大电缆长度为5m，两个计算机端点之间的最大网络电缆长度为205m（100+5+100=205m）；

（4）采用交换机进行网络连接时，允许使用多个交换机，计算机节点与交换机之间以及交换机之间的最大电缆长度均为100m。