stringtranslate.com

Гигабитный Ethernet

Сетевой контроллер интерфейса Intel PRO/1000 GT PCI

В компьютерных сетях термин Gigabit Ethernet ( GbE или 1 GigE ) применяется к передаче кадров Ethernet со скоростью гигабит в секунду . Самый популярный вариант, 1000BASE-T , определяется стандартом IEEE 802.3ab . Он вошел в употребление в 1999 году и заменил Fast Ethernet в проводных локальных сетях благодаря значительному улучшению скорости по сравнению с Fast Ethernet, а также благодаря использованию кабелей и оборудования, которые широко доступны, экономичны и похожи на предыдущие стандарты. Первый стандарт для более быстрого 10 Gigabit Ethernet был утвержден в 2002 году. [1]

История

Ethernet был результатом исследований, проведенных в Xerox PARC в начале 1970-х годов, и позже превратился в широко используемый протокол физического и канального уровня . Fast Ethernet увеличил скорость с 10 до 100 мегабит в секунду (Мбит/с). Gigabit Ethernet был следующей итерацией, увеличив скорость до 1000 Мбит/с.

Первоначально Gigabit Ethernet был развернут в магистральных сетевых соединениях с высокой пропускной способностью (например, в кампусной сети с высокой пропускной способностью). В 2000 и 2001 годах Power Mac G4 и PowerBook G4 от Apple соответственно стали первыми персональными компьютерами массового производства, оснащенными соединением 1000BASE-T. [2] Оно быстро стало встроенной функцией во многих других компьютерах.

Полудуплексные каналы GbE, подключенные через повторители-концентраторы, были частью спецификации IEEE [3] , но спецификация больше не обновляется, и используется исключительно полнодуплексная работа с коммутаторами .

Разновидности

Сетевая карта Intel с поддержкой 1000BASE-T , подключаемая к компьютеру через PCI-X

Существует пять стандартов физического уровня для Gigabit Ethernet с использованием оптоволокна (1000BASE-X), витой пары (1000BASE-T) или экранированного сбалансированного медного кабеля (1000BASE-CX).

Стандарт IEEE 802.3z включает 1000BASE-SX для передачи по многомодовому волокну , 1000BASE-LX для передачи по одномодовому волокну и почти устаревший 1000BASE-CX для передачи по экранированному сбалансированному медному кабелю. Эти стандарты используют кодирование 8b/10b , которое увеличивает скорость линии на 25%, с 1000 Мбит/с до 1250 Мбит/с, чтобы обеспечить сбалансированный сигнал постоянного тока и обеспечить восстановление тактовой частоты. Затем символы отправляются с использованием NRZ .

Оптоволоконные трансиверы чаще всего реализуются в виде заменяемых пользователем модулей в формате SFP или GBIC на старых устройствах.

Стандарт IEEE 802.3ab, определяющий широко используемый тип интерфейса 1000BASE-T, использует другую схему кодирования, чтобы поддерживать скорость передачи символов как можно ниже, что позволяет осуществлять передачу по витой паре.

Стандарт IEEE 802.3ap определяет работу Ethernet через электрические объединительные платы на разных скоростях.

Ethernet на первой миле позже добавил 1000BASE-LX10 и -BX10.

Медь

1000BASE-T

Двухпортовая сетевая карта Gigabit Ethernet Supermicro AOC-SGP-I2 , карта PCI Express ×4

1000BASE-T (также известный как IEEE 802.3ab) — стандарт для гигабитного Ethernet по витой паре.

Рекомендуется, чтобы каждый сегмент сети 1000BASE-T имел максимальную длину 100 метров (330 футов) [5] [a] и должен использовать кабель категории 5 или лучше (включая Cat 5e и Cat 6 ).

Автосогласование является обязательным условием для использования 1000BASE-T [6] в соответствии с Разделом 28D.5 «Требуемые расширения для Раздела 40 (1000BASE-T)» . [7] По крайней мере, источник синхронизации должен быть согласован, поскольку одна конечная точка должна быть ведущей, а другая — ведомой.

В отличие от 10BASE-T и 100BASE-TX , 1000BASE-T использует четыре полосы по всем четырем кабельным парам для одновременной передачи в обоих направлениях с помощью эхоподавления с адаптивной коррекцией, называемой гибридными схемами [8] (это похоже на телефонный гибрид ) и пятиуровневой амплитудно-импульсной модуляцией (PAM-5). Скорость передачи символов идентична скорости 100BASE-TX (125  мегабод (МБод)), а помехоустойчивость пятиуровневой сигнализации также идентична помехоустойчивости трехуровневой сигнализации в 100BASE-TX, поскольку 1000BASE-T использует четырехмерную решетчатую кодированную модуляцию (TCM) для достижения  усиления кодирования 6 дБ по четырем парам.

Поскольку согласование происходит только по двум парам, если два интерфейса GbE подключены через кабель только с двумя парами, интерфейсы успешно выберут «гигабит» в качестве наивысшего общего знаменателя (HCD), [ необходимо разъяснение ], но соединение никогда не будет установлено. Большинство физических устройств GbE имеют специальный регистр для диагностики такого поведения. Некоторые драйверы предлагают опцию «Ethernet@Wirespeed», где эта ситуация приводит к более медленному, но функциональному соединению. [9]

Данные передаются по четырем медным парам, по восемь бит за раз. Сначала восемь бит данных расширяются до четырех трехбитных символов с помощью нетривиальной процедуры скремблирования, основанной на регистре сдвига с линейной обратной связью ; это похоже на то, что делается в 100BASE-T2 , но использует другие параметры. Затем трехбитные символы сопоставляются с уровнями напряжения, которые непрерывно изменяются во время передачи. Пример сопоставления следующий:

Автоматическая конфигурация MDI/MDI-X указана как дополнительная функция в стандарте 1000BASE-T [10], что означает, что прямые кабели часто будут работать между двумя интерфейсами сетевых узлов с поддержкой GbE (оба MDI) и между двумя интерфейсами коммутатора или концентратора (оба MDI-X). Эта функция устраняет необходимость в кроссоверных кабелях , делая устаревшими выбор порта uplink по сравнению с обычным и ручные селекторные переключатели, которые можно найти на многих старых концентраторах и коммутаторах, и значительно снижает ошибки установки.

Для расширения и максимального использования существующих кабелей Cat-5e и Cat-6 новые стандарты 2.5GBASE-T и 5GBASE-T работают на скоростях 2,5 и 5,0 Гбит/с соответственно на существующей медной инфраструктуре, разработанной для использования с 1000BASE-T. Они основаны на 10GBASE-T , но используют более низкие частоты сигнализации.

1000BASE-T1

IEEE 802.3 стандартизировал 1000BASE-T1 в IEEE Std 802.3bp-2016. [11] Он определяет Gigabit Ethernet по одной витой паре для автомобильных и промышленных приложений. Он включает спецификации кабеля для дальности 15 метров (тип A) или 40 метров (тип B). Передача осуществляется с использованием PAM-3 на скорости 750 Мбод .

1000BASE-TX

Ассоциация телекоммуникационной промышленности (TIA) создала и продвигала стандарт, аналогичный 1000BASE-T, который было проще реализовать, назвав его 1000BASE-TX (TIA/EIA-854). [12] Упрощенная конструкция, в теории, снизила бы стоимость необходимой электроники, используя только четыре однонаправленные пары (две пары TX и две пары RX) вместо четырех двунаправленных пар. Однако это решение оказалось коммерческим провалом, [ необходима цитата ], вероятно, из-за требуемой кабельной системы категории 6 и быстро падающей стоимости продуктов 1000BASE-T.

1000BASE-CX

802.3z-1998 CL39 стандартизировал 1000BASE-CX — это начальный стандарт для соединений Gigabit Ethernet с максимальным расстоянием 25 метров с использованием сбалансированной экранированной витой пары и разъема DE-9 или 8P8C (с распиновкой, отличной от 1000BASE-T). Короткая длина сегмента обусловлена ​​очень высокой скоростью передачи сигнала. Хотя он по-прежнему используется для определенных приложений, где прокладка кабелей выполняется IT-специалистами, например, IBM BladeCenter использует 1000BASE-CX для соединений Ethernet между blade-серверами и модулями коммутаторов, 1000BASE-T пришел ему на смену для общего использования медной проводки. [13]

1000BASE-KX

802.3ap-2007 CL70 стандартизированный 1000BASE-KX является частью стандарта IEEE 802.3ap для Ethernet Operation over Electrical Backplanes. Этот стандарт определяет от одной до четырех полос соединений задней панели, одну дифференциальную пару RX и одну дифференциальную пару TX на полосу, с полосой пропускания от 100 Мбит до 10 Гбит в секунду (от 100BASE-KX до 10GBASE-KX4). Вариант 1000BASE-KX использует электрическую (не оптическую) скорость передачи сигналов 1,25 Гбит .

Волоконная оптика

1000BASE-X используется в промышленности для обозначения передачи Gigabit Ethernet по оптоволокну, где варианты включают 1000BASE-SX, 1000BASE-LX, 1000BASE-LX10, 1000BASE-BX10 или нестандартные реализации -EX и -ZX. Включены медные варианты, использующие тот же код линии 8b/10b . 1000BASE-X основан на стандартах физического уровня, разработанных для Fibre Channel . [14]

1000BASE-SX

1000BASE-SX — это стандарт оптоволоконного Gigabit Ethernet для работы по многомодовому оптоволокну с использованием длины волны света ближнего инфракрасного (БИК) диапазона от 770 до 860 нанометров .

Стандарт определяет максимальную длину 220 метров для  многомодового волокна 62,5 мкм/160 МГц×км , 275 м для 62,5 мкм/200 МГц×км, 500 м для 50 мкм/400 МГц×км и 550 м для многомодового волокна 50 мкм/500 МГц×км. [25] [26] Производители оптоволоконных кабелей расширили дальность действия 1000BASE-SX по крайней мере до 1 км при использовании с более современными классами оптоволокна, такими как OM3 и OM4. [16]

Этот стандарт очень популярен для внутренних соединений в крупных офисных зданиях, объектов совместного размещения и нейтральных по отношению к операторам интернет-коммуникаций.

Характеристики оптической мощности интерфейса SX: Минимальная выходная мощность = −9,5  дБм . Минимальная чувствительность приема = −17 дБм.

1000BASE-LSX

1000BASE-LSX — нестандартный, но принятый в отрасли [27] термин для обозначения передачи Gigabit Ethernet. Он очень похож на 1000BASE-SX, но достигает больших расстояний до 2 км по паре многомодовых волокон благодаря более качественной оптике, чем SX, работающей на лазерах с длиной волны 1310 нм. Его легко спутать с 1000BASE-SX или 1000BASE-LX, поскольку использование -LX, -LX10 и -SX неоднозначно у разных поставщиков. Диапазон достигается с использованием лазерного передатчика Fabry Perot .

1000BASE-LX

1000BASE-LX — это стандарт оптоволоконного Gigabit Ethernet, указанный в пункте 38 IEEE 802.3, в котором используется длинноволновый лазер (1270–1355 нм) и максимальная среднеквадратичная ширина спектра 4 нм.

Стандарт 1000BASE-LX рассчитан на работу на расстоянии до 5 км по одномодовому волокну 10 мкм.

1000BASE-LX также может работать по всем распространенным типам многомодового волокна с максимальной длиной сегмента 550 м. Для расстояний связи более 300 м может потребоваться использование специального патч-корда для кондиционирования запуска. [28] Это запускает лазер с точным смещением от центра волокна, что заставляет его распространяться по диаметру сердцевины волокна, уменьшая эффект, известный как дифференциальная задержка мод, которая возникает, когда лазер соединяется только с небольшим количеством доступных мод в многомодовом волокне.

1000BASE-LX10

1000BASE-LX10 был стандартизирован через шесть лет после первых версий гигабитного оптоволокна как часть Ethernet в группе задач First Mile . Он практически идентичен 1000BASE-LX, но достигает больших расстояний до 10 км по паре одномодового оптоволокна благодаря более качественной оптике. До того, как он был стандартизирован, 1000BASE-LX10 по сути уже широко использовался многими поставщиками как фирменное расширение, называемое либо 1000BASE-LX/LH, либо 1000BASE-LH. [29]

1000BASE-EX

1000BASE-EX — нестандартный, но принятый в отрасли термин [30] для обозначения передачи данных Gigabit Ethernet. Он очень похож на 1000BASE-LX10, но достигает больших расстояний до 40 км по паре одномодовых волокон благодаря более качественной оптике, чем LX10, работающей на лазерах с длиной волны 1310 нм. Иногда его называют LH (Long Haul), и его легко спутать с 1000BASE-LX10 или 1000BASE-ZX, поскольку использование -LX(10), -LH, -EX и -ZX неоднозначно у разных поставщиков. 1000BASE-ZX — очень похожий нестандартный вариант с большей досягаемостью, который использует оптику с длиной волны 1550 нм.

1000BASE-BX10

1000BASE-BX10 способен передавать данные на расстояние до 10 км по одной жиле одномодового волокна , при этом в каждом направлении используется разная длина волны. Терминалы на каждой стороне волокна не равны, поскольку тот, который передает данные вниз по течению (из центра сети наружу), использует длину волны 1490 нм, а тот, который передает данные вверх по течению, использует длину волны 1310 нм. Это достигается с помощью пассивной призмы-разделителя внутри каждого трансивера.

Другие, нестандартные, более мощные одножильные оптические системы, обычно известные как «BiDi» (двунаправленные), используют пары длин волн в диапазоне 1490/1550 нм и способны достигать расстояний 20, 40 и 80 км или больше в зависимости от стоимости модуля, потерь на оптоволоконном тракте, сращиваний, разъемов и коммутационных панелей. Оптика BiDi с очень большой досягаемостью может использовать пары длин волн 1510/1590 нм.

1000BASE-ZX

1000BASE-ZX — нестандартный, но многопоставщикский [31] термин для обозначения передачи Gigabit Ethernet с использованием длины волны 1550 нм для достижения расстояний не менее 70 км (43 мили) по одномодовому волокну. Некоторые поставщики указывают расстояния до 120 км (75 миль) по одномодовому волокну, иногда называемому 1000BASE-EZX. Дальности свыше 80 км сильно зависят от потерь на трассе используемого волокна, в частности, от показателя затухания в дБ на км, количества и качества разъемов/коммутационных панелей и соединений, расположенных между трансиверами. [32]

1000BASE‑CWDM

1000BASE-CWDM — нестандартный, но принятый в отрасли термин [22] [23] для обозначения передачи Gigabit Ethernet. Он очень похож на 1000BASE-LX10, но достигает больших расстояний до 40–120 км и до 18 параллельных каналов по паре одномодовых волокон благодаря более качественной оптике, чем LX10, и использованию CWDM, работающего на лазерах с длиной волны 1270–1610 нм.

Для использования CWDM требуется блок Mux/Demux на обоих концах оптоволоконной линии, CWDM MUX/DEMUX с соответствующими длинами волн и SFP с соответствующими длинами волн. [23] Также возможно последовательное использование DWDM для увеличения количества каналов.

Наиболее часто используемые длины волн: 1270 нм, 1290 нм, 1310 нм, 1330 нм, 1350 нм, 1370 нм, 1390 нм, 1410 нм, 1430 нм, 1450 нм, 1470 нм, 1490 нм, 1510 нм, 1530 нм, 1550 нм, 1570 нм, 1590 нм и 1610 нм.

CWDM дешевле в использовании, чем DWDM, примерно на 1/5–1/3 дешевле. [33] [34] CWDM примерно в 5–10 раз дороже традиционных трансиверов -LX/-LZ, если у вас есть доступное оптоволокно.

1000BASE‑DWDM

1000BASE-DWDM — нестандартный, но принятый в отрасли термин [24] [23] для обозначения передачи Gigabit Ethernet. Он очень похож на 1000BASE-LX10, но достигает больших расстояний до 40–120 км и до 64–160 параллельных каналов по паре одномодовых волокон благодаря более качественной оптике, чем LX10, и использованию DWDM, работающего на лазерах с длиной волны 1528–1565 нм.

Наиболее используемые каналы — CH17-61 на длине волны 1528,77-1563-86 нм.

Для использования DWDM необходимо использовать блок Mux/Demux на обоих концах оптоволоконной линии, DWDM MUX/DEMUX с соответствующими длинами волн и SFP с соответствующими длинами волн. [23] Также возможно ли использовать CWDM последовательно для увеличения количества каналов. [ необходима цитата ]

1000BASE-RHх

IEEE 802.3bv-2017 определяет стандартизирует Gigabit Ethernet по ступенчатому пластиковому оптическому волокну (POF) с использованием кодирования больших блоков -R 64b/65b с красным светом (600–700 нм). 1000BASE-RHA предназначен для домашнего и потребительского использования (просто зажимает голый POF), 1000BASE-RHB — для промышленного применения, а 1000BASE-RHC — для автомобильного.

Оптическая совместимость

Может быть оптическая совместимость с соответствующими интерфейсами Ethernet 1000BASE-X на том же канале. [35] Также возможно несоответствие длин волн для определенных типов оптики. [36]

Для достижения совместимости необходимо соблюсти некоторые критерии: [37]

1000BASE-X Ethernet не имеет обратной совместимости с 100BASE-X и прямой совместимости с 10GBASE-X .

Смотрите также

Примечания

  1. ^ В ISO длина носит исключительно информативный характер. Длина не является критерием «прошел/не прошел», как при проверке соответствия стандартам серии EN 50173.
  2. ^ Некоторые типы оптики могут работать с несовпадением длин волн. [38]

Ссылки

  1. ^ "IEEE P802.3ae 10Gb/s Ethernet Task Force" . Получено 19 марта 2013 г. .
  2. ^ "Power Macintosh G4 (Gigabit Ethernet)". apple-history.com . Получено 5 ноября 2007 г. .
  3. ^ Один повторитель на домен коллизий определен в IEEE 802.3 2008 Раздел 3: 41. Повторитель для сетей с базовой полосой пропускания 1000 Мбит/с.
  4. ^ ab Charles E. Spurgeon (2014). Ethernet: Полное руководство (2-е изд.). O'Reilly Media. ISBN 978-1-4493-6184-6.
  5. ^ Баррера, Дэн. Интервью: Дэн Баррера с Ideal Networks о стандартах кабельных соединений и процессах тестирования TIA 42. Youtube . Событие происходит в 11:49. Архивировано из оригинала 17 ноября 2021 г. Получено 8 апреля 2020 г.
  6. ^ "Auto-Negotiation; 802.3-2002" (PDF) . Интерпретации стандартов IEEE . IEEE. Архивировано из оригинала (PDF) 30 января 2006 г. . Получено 5 ноября 2007 г. .
  7. ^ IEEE. "Часть 3: Метод доступа с множественным доступом с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD) и спецификации физического уровня". РАЗДЕЛ ДВА: Этот раздел включает в себя раздел 21–33 и приложение 22A–33E . Получено 18 февраля 2010 г.
  8. ^ IEEE. "1.4 Определения 1.4.187 гибрид" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 6 декабря 2010 г. . Получено 9 августа 2017 г. .
  9. ^ "Broadcom Ethernet NIC FAQs" . Получено 25 апреля 2016 г. .
  10. ^ Пункт 40.4.4 в IEEE 802.3-2008
  11. ^ "IEEE P802.3bp 1000BASE-T1 PHY Task Force". IEEE 802.3. 29 июля 2016 г. Получено 6 октября 2016 г.
  12. ^ "TIA публикует новый стандарт TIA/EIA-854". TAI. 25 июля 2001 г. Архивировано из оригинала 27 сентября 2011 г.
  13. ^ "1000BaseCX". Сетевая энциклопедия . Ciberforma Lda. 17 августа 2019 г.
  14. ^ IEEE 802.3, пункт 36.1.1
  15. ^ "Gigabit Ethernet Multimode SFP MT-RJ Transceiver" (PDF) . tyco Electronics. 1 ноября 2003 г. Получено 26 августа 2018 г.
  16. ^ ab "Выбор и спецификация многомодового оптического волокна" (PDF) . Corning Cable Systems LLC. 2012 . Получено 23 декабря 2022 г. .
  17. ^ "Технический паспорт для серии SFP-1G" (PDF) . MOXA. 12 октября 2018 г. . Получено 21 марта 2020 г. .
  18. ^ "Технический паспорт для серии SFP-1G" (PDF) . MOXA. 12 октября 2018 г. . Получено 21 марта 2020 г. .
  19. ^ "SFP1G-SX-31". FS.com. 1 января 2019 г. Получено 21 марта 2020 г.
  20. ^ "Моделирование системы 1000BASE-RH PHY" (PDF) . Целевая группа IEEE 802.3bv. 8 сентября 2015 г. Получено 25 августа 2018 г.
  21. ^ "Optical Ethernet in Automotive" (PDF) . Развитие знаний для POF SL (KDPOF). 3 июля 2017 г. Архивировано из оригинала (PDF) 10 сентября 2018 г. Получено 25 августа 2018 г.
  22. ^ ab "CWDM SFP Datasheet". Cisco . 29 декабря 2005 г. Получено 22 марта 2020 г.
  23. ^ abcdef "Обзор технологии DWDM и сети DWDM". FS.com . 28 ноября 2016 г. Получено 22 марта 2020 г.
  24. ^ ab "DWDM-SFP Data Sheet". Cisco . Получено 22 марта 2020 г.
  25. ^ "Стандарты и расстояния Ethernet-среды". kb.wisc.edu . Получено 1 февраля 2017 г. .
  26. ^ IEEE 802.3 Таблица 38–2 — Рабочий диапазон для 1000BASE-SX по каждому типу оптического волокна
  27. ^ "Технический паспорт для серии SFP-1G" (PDF) . MOXA . Получено 21 марта 2020 г. .
  28. ^ "Mode-Conditioning Patch Cord Installation Note" . Получено 14 февраля 2009 г. .
  29. ^ "Оптика Cisco SFP для приложений Gigabit Ethernet". Cisco Systems . Получено 1 июня 2010 г.
  30. ^ "fs SFP1G-EX-55". FS Германия . Получено 30 марта 2020 г.
  31. ^ "FS SFP1G-ZX-55". FS Германия . Получено 30 марта 2020 г.
  32. ^ "1.25Gbps SFP Transceiver 120km" (PDF) . Menaranet. Архивировано из оригинала (PDF) 10 декабря 2014 г. . Получено 21 июня 2014 г. .
  33. ^ "CWDM против DWDM： В чем разница？". Medium.com . 30 ноября 2017 г. Получено 22 марта 2020 г.
  34. ^ "CWDM - Экономически эффективная альтернатива для расширения пропускной способности сети". fs.com . 17 июня 2014 г. Получено 22 марта 2020 г.
  35. ^ "Cisco 100BASE-X SFP для портов Fast Ethernet SFP" (PDF) . cisco . Архивировано из оригинала (PDF) 29 марта 2020 г. . Получено 29 марта 2020 г. .
  36. ^ «Все, что вы всегда хотели знать об оптических сетях, но боялись спросить» (PDF) . archive.nanog.org . Ричард А. Стинберген . Получено 30 марта 2020 г. .
  37. ^ "Fiber incompatabilities? - Ars Technica OpenForum". arstechnica.com . 6 июня 2006 г. Получено 29 марта 2020 г.[ самостоятельно опубликованный источник? ]
  38. ^ «Все, что вы всегда хотели знать об оптических сетях, но боялись спросить» (PDF) . archive.nanog.org . Ричард А. Стинберген . Получено 30 марта 2020 г. .

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки