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10Gb 和 100Gb 以太网卡内部的时钟频率是多少？

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10Gb 和 100Gb 以太网卡内部的时钟频率是多少？

据我所知，10Gb 以太网卡每秒能够在光纤电缆上传输 10Gb 的数据。现在，天真地说，要让硬件实现这一点，需要 10GHz 时钟运行网卡。

通过在两个边缘上进行时钟调整，可以将该频率减半，但 5GHz 的频率对于晶体管来说仍然太高了。对于 100Gb 以太网来说，50GHz 似乎完全不合理。

运行（比如）10Gb 以太网卡的时钟频率是多少？是否有技巧可以将该频率从“简单”的 10GHz 频率降低？

答案1

您说得对，这么高的频率完全无法控制。每个频率发送一个比特也会给各种类型的无线电传输带来问题。因此，我们有调制技术，允许发送多个比特。

术语方面：波特，大多数人会记得这个术语来自电话调制解调器时代，是通信介质工作的符号速率。一个符号可以包含多个位，因此发送多位符号可以在较低频率下实现更高的吞吐量。

  • 10Mb以太网(10Base-T) 使用非常简单的倒置曼彻斯特编码、10 Mbaud 和单个 -2.5v/2.5v 差分对进行每个方向的通信。

  • 100MbE（100Base-TX）使用 4B/5B 编码、125 Mbaud 和单个 -1.0/1.0v 差分对进行每个方向的通信。因此，每个方向 4/5b * 125 MHz = 100Mb。

  • 1GbE(1000Base-T) 使用 PAM-5 TCM，与 100MbE 相同的 125 Mbaud，所有四个 -1.0/1.0v 差分对可同时进行双向通信。PAM-5 编码允许 5 种状态，但网格调制在任何给定时间将每端限制为 2 种，因此每个符号发送 2 位。因此 125M/s * 4 * 2b = 1Gbps。

附注：1GbE 仅使用一对线来协商初始连接。如果电缆中只有这一对线可用，则可能导致看似已连接的 NIC 无响应。此外，几乎所有新 NIC 都可以在 4 对线中的任何一对上进行协商，从而启用自动 MDI/MDI-X（但这不是规范的要求）。1000Base-T 需要 Cat5e 电缆。1000Base-TX 简化了 NIC，但需要 Cat6 电缆；由于各种原因，它从未起步。

  • 10GbE使用 PAM-16 DSQ128 编码，833 Mbaud，4 对，与以前一样。新的带 LDPC 纠错的 PAM-16 DSQ-128 非常复杂，我不会尝试在这里解释它的工作原理，只是说它即使在额定频率仅为 500MHz（在某些情况下更低）的电缆上也能有效地发送每个符号 3 位信息。因此 833.3 MHz * 4 * 3b = 10Gbps。

附注：10GbE 需要 Cat6a 电缆才能运行 100 米，Cat6 电缆才能运行 55 米，可能与 Cat5e 配合使用很短电缆。由于与 100 米标准长度存在差异，因此不建议使用 Cat6a 以外的其他电缆。此外，较旧的 NIC 没有足够的增益来在 100 米距离上发送 10GbE，并且只能使用较短的电缆 - 如果您拥有第一代 10GbE NIC，请咨询制造商了解详细信息。

  • 25GbE和40GbE有一份拟议的草案标准 802.3bq D3.3 (2016)。它已经近 6 年没有更新了。它将允许在 4 对 8 类线上进行 25GBase-T 和 40GBase-T 操作，最长可达 30 米。我没有草案的副本，所以不知道具体细节。

附注：目前存在两个 40GBase-T 提案。第一个提案使用与 10Gbase-T 相同的技术，但速度快 4 倍，并且需要经过认证的 ~1600MHz 布线。第二个提案使用 PAM-32 DSQ-512，并且需要 ~1200MHz 布线（复杂性越高意味着 NIC 越昂贵）。这两个提案都可能使用 LDPC，以允许使用略微被低估的布线。

  • 100GbE目前尚无铜标准草案。

连接器：100GbE 不会使用 C8P8（俗称 RJ-45）连接器，但可能会使用其变体 GG45，连接器的四个角上有 4 对。还有一个中间连接器 ARJ45-HD，其引脚既可用于 10MbE-10GbE（RJ-45），也可用于 40GbE-100GbE（GG45）。TERA 是一种额定频率为 1000 MHz 的竞争连接器，似乎不太可能成为新标准。

布线：Cat7 和 Cat7a 是额定频率为 600 MHz 和 1200 MHz 的布线标准。它们最初被称为 CatF 和 CatFa。Cat8.1 和 Cat8.2 已被提议额定频率为 1600 和 2000 MHz。

关于是否会有 100GBase-T 标准存在一些争议，因为在目前的技术下，Cat7a、Cat8.1 和 Cat8.2 分别只能承载 10m、30m 和 50m 的此类连接。Cat7a 及以上与 Cat6a 及以下的电缆已经截然不同，需要屏蔽单个线对和整个电缆。表明这些连接可行的测试也没有证明其在商业上可行的实施。合理推测更先进/敏感的电路将来某个时候可以承载 100GbE，但这还只是猜测。

  • 值得一提的是：10GBase-R、40GBase-R 和 100GBase-R 是 10、40 和 100GbE 的光纤规范系列，它们都已标准化。它们都可用于短距离（-SR，400m）、长距离（-LR，10km）、延长距离（-ER，40km）、专有距离（-ZR，80km）和 EPON/x（-PR/x，20km）范围。它们都使用通用的 64b/66b 编码、10.3125 GBaud，并且简单地使用更多“通道”来增加容量（分别为 1、4 和 10）——通道是同一根光纤电缆上不同波长的光。200GBase 专有实现正在努力实现标准化，尽管其 DWDM 频率经过调制，范围高达 2Mm。

答案2

克里斯已经给出了正确答案：波特，而不是 bps。

但除此之外，5GHz 并不是“晶体管无法支持的极高频率”。目前市场上已经有太赫兹晶体管。

当然，传输线上的 GHz 信号很难屏蔽超过几毫米的噪声。另一方面，光信号……

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