Gigabit Ethernet - Gigabit Ethernet

În rețeaua de calculatoare , Gigabit Ethernet ( GbE sau 1 GigE ) este termenul aplicat transmiterii cadrelor Ethernet la o rată de gigabit pe secundă . Cea mai populară variantă 1000BASE-T este definită de standardul IEEE 802.3ab . A intrat în uz în 1999 și a înlocuit Fast Ethernet în rețelele locale cu fir datorită îmbunătățirii considerabile a vitezei față de Fast Ethernet, precum și utilizarea cablurilor și echipamentelor care sunt disponibile pe scară largă, economice și similare cu standardele anterioare.

Istorie

Ethernet a fost rezultatul cercetărilor efectuate la Xerox PARC la începutul anilor 1970 și ulterior a evoluat într-un protocol de strat fizic și de legătură implementat pe scară largă . Fast Ethernet a mărit viteza de la 10 la 100 megabiți pe secundă (Mbit / s). Gigabit Ethernet a fost următoarea iterație, crescând viteza la 1000 Mbit / s.

  • Standardul inițial pentru Gigabit Ethernet a fost produs de IEEE în iunie 1998 sub numele de IEEE 802.3z și a necesitat fibră optică . 802.3z este denumit în mod obișnuit 1000BASE-X, unde -X se referă fie la -CX, -SX, -LX, fie (non-standard) -ZX. (Pentru istoria din spatele „X”, vezi Fast Ethernet § Nomenclatură .)
  • IEEE 802.3ab , ratificat în 1999, definește transmisia Gigabit Ethernet pe cabluri cu perechi torsadate neecranate (UTP) de categoria 5, 5e sau 6 și a devenit cunoscută sub numele de 1000BASE-T. Odată cu ratificarea 802.3ab, Gigabit Ethernet a devenit o tehnologie desktop, deoarece organizațiile își puteau folosi infrastructura de cablare din cupru existentă.
  • IEEE 802.3ah , ratificat în 2004, a adăugat încă două standarde de fibră gigabit: 1000BASE-LX10 (care a fost deja implementat pe scară largă ca extensie specifică furnizorului) și 1000BASE-BX10. Aceasta a făcut parte dintr-un grup mai mare de protocoale cunoscute sub numele de Ethernet în First Mile .

Inițial, Gigabit Ethernet a fost implementat în legături de rețea backbone de mare capacitate (de exemplu, pe o rețea de campus de mare capacitate). În 2000, Power Mac G4 și PowerBook G4 de la Apple au fost primele computere personale produse în serie care au prevăzut conexiunea 1000BASE-T. A devenit rapid o caracteristică încorporată în multe alte computere.

Link-urile gigabit semi-duplex conectate prin hub-uri de repetare au făcut parte din specificația IEEE, dar specificația nu mai este actualizată și funcționarea full-duplex cu comutatoare este utilizată exclusiv.

Soiuri

Placă de interfață de rețea capabilă 1000BASE-T realizată de Intel , care se conectează la computer prin PCI-X

Există cinci standarde de strat fizic pentru Gigabit Ethernet care utilizează fibră optică (1000BASE-X), cablu cu pereche răsucită (1000BASE-T) sau cablu de cupru echilibrat ecranat (1000BASE-CX).

Standardul IEEE 802.3z include 1000BASE-SX pentru transmisie pe fibră multi-mod , 1000BASE-LX pentru transmisie pe fibră monomod și aproape învechit 1000BASE-CX pentru transmisie prin cabluri de cupru echilibrate ecranate. Aceste standarde utilizează codarea 8b / 10b , care umflă rata de linie cu 25%, de la 1000 Mbit / s la 1250 Mbit / s, pentru a asigura un semnal echilibrat DC și pentru a permite recuperarea ceasului. Simbolurile sunt apoi trimise folosind NRZ .

Transceiverele cu fibră optică sunt cel mai adesea implementate ca module care pot fi schimbate de utilizator în formă SFP sau GBIC pe dispozitive mai vechi.

IEEE 802.3ab, care definește tipul de interfață 1000BASE-T utilizat pe scară largă, folosește o schemă de codificare diferită pentru a menține rata simbolurilor cât mai mică posibil, permițând transmisia pe perechi răsucite.

IEEE 802.3ap definește funcționarea Ethernet pe planuri electrice din spate la viteze diferite.

Ethernet în First Mile a adăugat ulterior 1000BASE-LX10 și -BX10.

Cupru

Simbol utilizat de unii producători, în special Apple Inc. , pentru a marca porturile Gigabit Ethernet
Nume Standard stare Mediu Distanța specificată
1000BASE-T IEEE 802.3ab actual Cablare cu perechi răsucite ( Cat-5, Cat-5e , Cat-6 , Cat-7 ) 100 de metri
1000BASE-T1 IEEE 802.3bp actual cablu cu pereche răsucită simplă și echilibrată 15 metri
1000BASE-TX IEEE 802.3ab , TIA / EIA 854 învechit Cablare cu perechi răsucite (Cat-6, Cat-7) 100 de metri

1000BASE-T

NIC Gigabit Ethernet cu două porturi Supermicro AOC-SGP-I2 , un card PCI Express × 4

1000BASE-T (cunoscut și sub numele de IEEE 802.3ab) este un standard pentru Gigabit Ethernet pe cabluri de cupru .

Fiecare segment de rețea 1000BASE-T este recomandat să aibă o lungime maximă de 100 de metri și trebuie să utilizeze cabluri de categoria 5 sau mai bune (inclusiv Cat 5e și Cat 6 ).

Autonegocierea este o cerință pentru utilizarea 1000BASE-T conform secțiunii 28D.5 Extensii necesare pentru Clause40 (1000BASE-T) . Cel puțin sursa de ceas trebuie negociată, deoarece un punct final trebuie să fie master și celălalt punct final trebuie să fie sclav.

Într-o plecare atât de la 10BASE-T, cât și de la 100BASE-TX , 1000BASE-T folosește patru benzi pe toate cele patru perechi de cabluri pentru transmiterea simultană în ambele direcții prin utilizarea anularii ecoului cu egalizare adaptivă numită circuite hibride (este ca hibridul telefonic ) și modulația amplitudinii pulsului pe cinci niveluri (PAM-5). Rata simbolului este identică cu cea a 100BASE-TX (125  megabaud ), iar imunitatea la zgomot a semnalizării pe cinci niveluri este, de asemenea, identică cu cea a semnalizării pe trei niveluri din 100BASE-TX, deoarece 1000BASE-T utilizează spalier cu patru dimensiuni modulație codată (TCM) pentru a obține un câștig de codare dedB între cele patru perechi.

Deoarece negocierea are loc doar pe două perechi, dacă două dispozitive gigabit sunt conectate printr-un cablu cu doar două perechi, dispozitivele vor alege cu succes „gigabit” ca cel mai mare numitor comun (HCD), dar legătura nu va apărea niciodată. Majoritatea dispozitivelor fizice gigabit au un registru specific pentru a diagnostica acest comportament. Unele drivere oferă o opțiune „Ethernet @ Wirespeed” în care această situație duce la o conexiune mai lentă, dar funcțională.

Datele sunt transmise pe patru perechi de cupru, câte opt biți la un moment dat. În primul rând, opt biți de date sunt extinși în patru simboluri de trei biți printr-o procedură de codare non-trivială bazată pe un registru de deplasare de feedback liniar ; acest lucru este similar cu ceea ce se face în 100BASE-T2 , dar folosește parametri diferiți. Simbolurile de trei biți sunt apoi mapate la niveluri de tensiune care variază continuu în timpul transmisiei. Un exemplu de mapare este următorul:

Simbol 000 001 010 011 100 101 110 111
Nivelul semnalului de linie 0 +1 +2 −1 0 +1 −2 −1

Configurarea automată MDI / MDI-X este specificată ca o caracteristică opțională în standardul 1000BASE-T, ceea ce înseamnă că cablurile directe vor funcționa adesea între interfețe compatibile cu gigabit. Această caracteristică elimină necesitatea cablurilor încrucișate , devenind învechite porturile uplink / normale și comutatoarele selector manuale găsite pe multe hub-uri și comutatoare mai vechi și reduce foarte mult erorile de instalare.

Pentru a extinde și a maximiza utilizarea cablurilor existente Cat-5e și Cat-6, standardele suplimentare de nouă generație 2.5GBASE-T și 5GBASE-T vor funcționa la 2,5 și respectiv 5,0 Gbit / s pe infrastructura de cupru existentă proiectată pentru utilizați cu 1000BASE-T. Se bazează pe 10GBASE-T, dar utilizează frecvențe de semnalizare mai mici.

1000BASE-T1

IEEE 802.3 standardizat 1000BASE-T1 în IEEE Std 802.3bp-2016. Acesta definește Gigabit Ethernet pe o singură pereche răsucită pentru aplicații auto și industriale. Include specificații de cablu pentru 15 metri (tip A) sau 40 de metri (tip B). Transmiterea se face folosind PAM-3 la 750 MBd.

1000BASE-TX

Asociația Industriei de Telecomunicații (TIA) a creat și a promovat un standard similar cu 1000BASE-T , care a fost mai simplu să pună în aplicare, numindu - l 1000BASE-TX (TIA / EIA-854). Proiectarea simplificată ar fi redus, în teorie, costul electronicelor necesare folosind doar patru perechi unidirecționale (două perechi TX și două perechi RX) în loc de patru perechi bidirecționale. Cu toate acestea, această soluție a fost un eșec comercial, probabil din cauza cablării necesare din categoria 6 și a costului rapid scăzut al produselor 1000BASE-T.

1000BASE-CX

802.3z-1998 CL39 standardizat 1000BASE-CX este un standard inițial pentru conexiunile Gigabit Ethernet cu distanțe maxime de 25 de metri utilizând perechi torsadate ecranate echilibrate și conector DE-9 sau 8P8C (cu un pinout diferit de 1000BASE-T). Lungimea segmentului scurt se datorează unei rate de transmisie a semnalului foarte ridicate. Deși este încă utilizat pentru aplicații specifice în care cablarea este realizată de profesioniști IT, de exemplu, IBM BladeCenter folosește 1000BASE-CX pentru conexiunile Ethernet între serverele blade și modulele de comutare, 1000BASE-T a reușit pentru utilizarea generală a cablajului din cupru .

1000BASE-KX

802.3ap-2007 CL70 standardizat 1000BASE-KX face parte din standardul IEEE 802.3ap pentru operarea Ethernet pe planuri electrice. Acest standard definește una până la patru benzi de legături de backplane, o pereche diferențială RX și o TX pe bandă, la o lățime de bandă a legăturii variind de la 100Mbit la 10Gbit pe secundă (de la 100BASE-KX la 10GBASE-KX4). Varianta 1000BASE-KX folosește viteza de semnalizare electrică (nu optică) de 1,25 GBd .


Fibre optice

1000BASE-X este utilizat în industrie pentru a se referi la transmisia Gigabit Ethernet pe fibră, unde opțiunile includ 1000BASE-SX, 1000BASE-LX, 1000BASE-LX10, 1000BASE-BX10 sau implementările non-standard -EX și -ZX. Sunt incluse variantele de cupru care utilizează același cod de linie 8b / 10b . 1000BASE-X se bazează pe standardele de strat fizic dezvoltate pentru Fiber Channel .

Legenda pentru TP-PHY-uri pe bază de fibre
MMF FDDI
62,5 / 125 µm
(1987)
MMF OM1
62,5 / 125 µm
(1989)
MMF OM2
50/125 pm
(1998)
MMF OM3
50/125 µm
(2003)
MMF OM4
50/125 µm
(2008)
MMF OM5
50/125 pm
(2016)
SMF OS1
9/125 µm
(1998)
SMF OS2
9/125 µm
(2000)
160 MHz · km
@ 850 nm
200 MHz · km
@ 850 nm
500 MHz · km
@ 850 nm
1500 MHz · km
@ 850 nm
3500 MHz · km
@ 850 nm
3500 MHz · km
@ 850 nm și
1850 MHz · km
@ 950 nm
1 dB / km
@
1300/1550 nm
0,4 dB / km
@
1300/1550 nm
Nume Standard stare Mass-media OFC sau RFC
Modul Transceiver
Ajungeți
în km
#
Media
Benzi
(⇅)
Note
Gigabit Ethernet (GbE) - ( Rată de date : 1000 Mbit / s - Cod linie : 8B / 10B × NRZ - Rată linie: 1,25  GBd - Full-Duplex ( sau Half-Duplex ))
1000BASE
-SX
802.3z-1998
(CL38)
actual Fibra
770 - 860 nm
ST
SC
LC
MT-RJ
SFP
GBIC
direct-plug
OM1: 0,275 2 1
OM2: 0,55
OM3: 1
1000BASE
-LSX
proprietar
(non IEEE)
actual Fibra
1310 nm
LC SFP OM1: 2 2 1 specific furnizorului;
Transmițător laser FP
OM2: 1
OM4: 2
1000BASE
-LX
802.3z-1998
(CL38)
actual Fibra
1270 - 1355 nm
SC
LC

Conectare directă SFP GBIC
OM1: 0,55 2 1
OM2: 0,55
OM3: 0,55
OSx: 5
1000BASE-
LX10
802.3ah-2004
(CL59)
actual Fibra
1260 - 1360 nm
LC SFP OM1: 0,55 2 1 identic cu -LX, dar cu putere / sensibilitate crescută;
denumit pur și simplu -LX sau -LH înainte de 802.3ah
OM2: 0,55
OM3: 0,55
OSx: 10
1000BASE
-BX10
actual Fibre
TX: 1260 - 1360 nm
RX: 1480 - 1500 nm
OSx: 10 1 adesea pur și simplu denumit -BX
1000BASE
‑EX
proprietar
(non IEEE)
actual Fibra
1310 nm
SC
LC
SFP
GBIC
OSx: 40 2 1 specific vânzătorului
1000BASE
‑ZX / ‑EZX
proprietar
(non IEEE)
actual Fibra
1550 nm
SC
LC
SFP
GBIC
OSx: 70 2 1 specific vânzătorului
1000BASE
-RHx
802.3bv-2017
(CL115)
actual Fibra
650 nm
FOT
(PMD / MDI)
N / A POF : ≤ 0,05 1 1 Automobile , Industrie , Acasă ;
Cod linie: 64b65b × PAM16
Rată linie: 325 MBd
Variante: -RHA (50 m), -RHB (40 m), -RHC (15 m).
1000BASE
-PX
802.3ah-2004
802.3bk-2013
(CL60)
actual Fibre
TX: 1270 nm
RX: 1577 nm
SC SFP
XFP
OSx:
10 - 40
1 1 EPON ; FTTH ;
folosind topologia punct-la-punct.
1000BASE
‑CWDM

UIT-T G.694.2 actual Fibra
1270-1610 nm
LC SFP OSx:
40 - 100
2 1 CWDM face posibilă existența mai multor canale paralele peste 2 fibre;
lățime de bandă spectrală 11 nm;
capabil de 18 canale paralele
1000BASE
-DWDM

UIT-T G.694.1 actual Fibra
1528-1565 nm
LC SFP OSx:
40 - 120
2 1 DWDM face posibilă existența mai multor canale paralele peste 2 fibre;
lățime de bandă spectrală 0,2 nm;
capabil de 45 la 160 de canale paralele

1000BASE-SX

1000BASE-SX este o fibră optică standard de Gigabit Ethernet pentru funcționare fibră multimod folosind un 770-860 nanometri , in infrarosu apropiat (NIR) , lumina de lungime de undă .

Standardul specifică o lungime maximă de 220 de metri pentru fibra multi-mod 62,5 μm / 160  MHz × km , 275 m pentru 62,5 μm / 200 MHz × km, 500 m pentru 50 μm / 400 MHz × km și 550 m pentru 50 μm / 500 MHz × km fibră multi-mod. În practică, cu fibră, optică și terminații de bună calitate, 1000BASE-SX va funcționa de obicei pe distanțe semnificativ mai mari.

Acest standard este extrem de popular pentru legăturile intra-clădire în clădiri mari de birouri, facilități de colocalizare și schimburi de internet neutre pentru operator.

Specificațiile puterii optice ale interfeței SX: Putere minimă de ieșire = −9,5  dBm . Sensibilitate minimă de recepție = -17 dBm.

1000BASE-LSX

1000BASE-LSX este un termen non-standard dar acceptat de industrie pentru a se referi la transmisia Gigabit Ethernet. Este foarte asemănător cu 1000BASE-SX, dar atinge distanțe mai mari de până la 2 km pe o pereche de fibre multi-mod datorită opticii de calitate superioară unui SX, care rulează pe lasere cu lungime de undă de 1310 nm. Este ușor de confundat cu 1000BASE-SX sau 1000BASE-LX, deoarece utilizarea -LX, -LX10 și -SX este ambiguă între furnizori. Gama este realizată cu utilizarea transmițătorului laser Fabry Perot .

1000BASE-LX

1000BASE-LX este un standard Gigabit Ethernet din fibră optică specificat în IEEE 802.3 Clauza 38 care utilizează un laser cu lungime de undă lungă (1.270-1.355 nm) și o lățime spectrală maximă RMS de 4 nm.

1000BASE-LX este specificat să funcționeze pe o distanță de până la 5 km peste 10 μm fibră monomodă.

1000BASE-LX poate funcționa, de asemenea, pe toate tipurile comune de fibre multi-mod cu o lungime maximă a segmentului de 550 m. Pentru distanțe de legătură mai mari de 300 m, poate fi necesară utilizarea unui cablu special de lansare pentru condiționarea lansării. Aceasta lansează laserul la un decalaj precis de centrul fibrei, ceea ce determină răspândirea acestuia pe diametrul miezului fibrei, reducând efectul cunoscut sub numele de întârziere a modului diferențial care apare atunci când laserul se cuplează doar pe un număr mic de moduri disponibile în fibra multi-mod.

1000BASE-LX10

1000BASE-LX10 a fost standardizat la șase ani după versiunile inițiale de fibră gigabit ca parte a Ethernet-ului din grupul de sarcini First Mile . Este practic identic cu 1000BASE-LX, dar atinge distanțe mai mari de până la 10 km pe o pereche de fibre monomod datorită opticii de calitate superioară. Înainte de a fi standardizat, 1000BASE-LX10 era în esență deja utilizat pe scară largă de mulți furnizori ca o extensie proprietară numită fie 1000BASE-LX / LH, fie 1000BASE-LH.

1000BASE-EX

1000BASE-EX este un termen non-standard, dar acceptat de industrie, pentru a se referi la transmisia Gigabit Ethernet. Este foarte asemănător cu 1000BASE-LX10, dar atinge distanțe mai mari de până la 40 km pe o pereche de fibre monomod datorită opticii de calitate superioară unui LX10, care funcționează pe lasere cu lungime de undă de 1310 nm. Uneori este denumit LH (Long Haul) și este ușor confundat cu 1000BASE-LX10 sau 1000BASE-ZX deoarece utilizarea lui -LX (10), -LH, -EX și -ZX este ambiguă între furnizori. 1000BASE-ZX este o variantă nestandardă foarte similară care folosește o lungime de undă de 1550 nm.

1000BASE-BX10

1000BASE-BX10 este capabil să parcurgă până la 10 km pe un singur fir de fibră monomod , cu o lungime de undă diferită care merge în fiecare direcție. Terminalele de pe fiecare parte a fibrei nu sunt egale, deoarece cel care transmite în aval (de la centrul rețelei către exterior) folosește lungimea de undă de 1490 nm, iar cel care transmite în amonte folosește lungimea de undă de 1310 nm. Acest lucru se realizează folosind o prismă separatoare pasivă în interiorul fiecărui transceiver.

Alte optice monocatenare, non-standard, cu putere mai mare cunoscute sub denumirea de „BiDi” (bidirecțională) utilizează perechi de lungimi de undă în intervalul 1490/1550 nm și sunt capabile să atingă distanțe de 20, 40 și 80 km sau mai mari în funcție de costul modulului, pierderea căii de fibră, îmbinări, conectori și panouri de patch-uri. Optica BiDi cu acoperire foarte lungă poate utiliza perechi de lungimi de undă de 1510/1590 nm.

1000BASE-ZX

1000BASE-ZX este un termen non-standard, dar multi-furnizor, care se referă la transmisia Gigabit Ethernet folosind o lungime de undă de 1.550 nm pentru a atinge distanțe de cel puțin 70 de kilometri (43 mile) pe o fibră monomodă. Unii furnizori specifică distanțe de până la 120 de kilometri (75 mile) peste fibra monomodă, uneori numită 1000BASE-EZX. Distanțele de peste 80 km depind în mare măsură de pierderea traseului fibrelor utilizate, în special de cifra de atenuare în dB pe km, de numărul și calitatea conectorilor / panourilor de patch-uri și a îmbinărilor situate între receptoare.

1000BASE ‑ CWDM

1000BASE-CWDM este un termen non-standard dar acceptat de industrie pentru a se referi la transmisia Gigabit Ethernet. Este foarte asemănător cu 1000BASE-LX10, dar atinge distanțe mai mari de până la 40-120 km și până la 18 canale paralele pe o pereche de fibre monomod, datorită opticii de calitate superioară LX10 și a utilizării CWDM, care rulează pe 1270-1610 nm lasere cu lungime de undă.

Pentru a utiliza CWDM aveți nevoie de o unitate Mux / Demux la ambele capete ale legăturii de fibră, un CWDM MUX / DEMUX cu lungimi de undă corespunzătoare și SFP cu lungimi de undă corespunzătoare. este, de asemenea, posibil ca DWDM în serie să crească numărul de canale.

Cele mai multe utilizări Lungimi de undă: 1270 nm, 1290 nm, 1310 nm, 1330 nm, 1350 nm, 1370 nm, 1390 nm, 1410 nm, 1430 nm, 1450 nm, 1470 nm, 1490 nm, 1510 nm, 1530 nm, 1550 nm, 1570 nm, 1590 nm și 1610 nm

CWDM este mai ieftin de utilizat decât DWDM, aproximativ 1 / 5-1 / 3 din cost. CWDM este de aproximativ 5-10 ori mai scump decât dacă aveți fibra disponibilă, apoi transmițătoarele tradiționale -LX / -LZ.

1000BASE ‑ DWDM

1000BASE-DWDM este un termen non-standard, dar acceptat de industrie, pentru a se referi la transmisia Gigabit Ethernet. Este foarte asemănător cu 1000BASE-LX10, dar realizează distanțe mai mari de până la 40-120 km și până la 64 până la 160 de canale paralele pe o pereche de fibre monomod, datorită opticii de calitate superioară LX10 și a utilizării DWDM, care rulează pe 1528- Lasere cu lungime de undă de 1565 nm.

Cele mai utilizate canale sunt CH17-61 pe lungimea de undă 1528,77-1563-86 nm.

Pentru a utiliza DWDM aveți nevoie de o unitate Mux / Demux la ambele capete ale legăturii de fibră, un DWDM MUX / DEMUX cu lungimi de undă corespunzătoare și SFP cu lungimi de undă corespunzătoare. este, de asemenea, posibil să utilizați CWDM în serie pentru a crește numărul de canale.

1000BASE-RH x

IEEE 802.3bv-2017 definește standardizarea Gigabit Ethernet peste fibră optică de plastic (POF) cu index de pas, utilizând codificarea blocului mare -R 64b / 65b cu lumină roșie (600-700 nm). 1000BASE-RHA este destinat uzului casnic și al consumatorului (doar prinderea POF-ului gol), 1000BASE-RHB pentru industrie și 1000BASE-RHC pentru aplicații auto.

Interoperabilitate optică

Poate exista interoperabilitate optică cu interfețele Ethernet 1000BASE-X respective pe aceeași legătură. Este posibil, de asemenea, cu anumite tipuri de optică să existe o nepotrivire în lungimea de undă.

Pentru a avea interoperabilitate există câteva criterii care trebuie îndeplinite:

1000BASE-X Ethernet nu este compatibil cu 100BASE-X și nu este compatibil cu 10GBASE-X .

Vezi si

Note

Referințe

Lecturi suplimentare

linkuri externe