stringtranslate.com

Ethernet по витой паре

Технологии Ethernet по витой паре используют кабели витой пары для физического уровня компьютерной сети Ethernet . Они являются подмножеством всех физических уровней Ethernet .

Ранний Ethernet использовал различные сорта коаксиального кабеля , но в 1984 году StarLAN показал потенциал простой неэкранированной витой пары . Это привело к разработке 10BASE-T и его последователей 100BASE-TX , 1000BASE-T , 10GBASE-T и 40GBASE-T , поддерживающих скорости 10 и 100  мегабит в секунду , затем 1, 10 и 40 гигабит в секунду соответственно. [a]

Два новых варианта Ethernet со скоростью 10 мегабит в секунду по одной витой паре, известные как 10BASE-T1S и 10BASE-T1L , были стандартизированы в IEEE Std 802.3cg-2019. [2] 10BASE-T1S берет свое начало в автомобильной промышленности и может быть полезен в других приложениях на короткие расстояния, где присутствует значительный электрический шум. [3] 10BASE-T1L — это Ethernet на большие расстояния, поддерживающий соединения длиной до 1 км. Оба эти стандарта находят применение в реализации Интернета вещей . 10BASE-T1S является прямым конкурентом CAN XL в автомобильной сфере и включает схему предотвращения столкновений на физическом уровне (PLCA). [4]

Более ранние стандарты используют модульные разъемы 8P8C , [b] и поддерживаемые стандарты кабелей варьируются от категории 3 до категории 8. Эти кабели обычно имеют четыре пары проводов для каждого соединения, хотя ранний Ethernet использовал только две пары. В отличие от более ранних стандартов -T, интерфейсы -T1 были разработаны для работы по одной паре проводников и вводят использование двух новых разъемов, называемых IEC 63171-1 [5] и IEC 63171-6. [6]

История

Первыми двумя ранними проектами сетей на основе витой пары были StarLAN , стандартизированный Ассоциацией стандартов IEEE как IEEE 802.3e в 1986 году, со скоростью один мегабит в секунду, [7] и LattisNet , разработанный в январе 1987 года, со скоростью 10 мегабит в секунду. [8] [9] Оба были разработаны до стандарта 10BASE-T (опубликованного в 1990 году как IEEE 802.3i) и использовали различную сигнализацию, поэтому они не были напрямую совместимы с ним. [10]

В 1988 году компания AT&T выпустила StarLAN 10, названную так из-за работы на скорости 10 Мбит/с. [11] Сигнализация StarLAN 10 была использована в качестве основы 10BASE-T с добавлением такта соединения для быстрого указания состояния соединения. [c]

Использование витой пары в топологии «звезда» позволило устранить ряд недостатков предыдущих стандартов Ethernet:

Хотя сегодня 10BASE-T редко используется в качестве скорости передачи сигналов при нормальной работе, он по-прежнему широко используется с сетевыми контроллерами интерфейсов в режиме выключения питания по сигналу от локальной сети (Wake-on-LAN Power Down) и для специальных приложений с низким энергопотреблением и низкой пропускной способностью. 10BASE-T по-прежнему поддерживается большинством портов Ethernet на витой паре со скоростью до гигабитного Ethernet .

Нейминг

Общие названия стандартов происходят от аспектов физической среды. Первое число ( 10 в 10BASE-T) относится к скорости передачи в Мбит/с. BASE обозначает, что используется передача в полосе частот . T обозначает витую пару. Если существует несколько стандартов для одной и той же скорости передачи , они различаются буквой или цифрой после T, например TX или T4 , что относится к методу кодирования и количеству полос. [13]

Прокладка кабелей

Расположение выводов модульного разъема 8P8C

Большинство кабелей Ethernet имеют прямую разводку (контакт 1 к контакту 1, контакт 2 к контакту 2 и т. д.). В некоторых случаях может потребоваться перекрестная форма (прием к передаче и передача к приему).

Кабели для Ethernet могут быть подключены к стандартам терминирования T568A или T568B на обоих концах кабеля. Поскольку эти стандарты отличаются только тем, что меняют местами две пары, используемые для передачи и приема, кабель с проводкой T568A на одном конце и проводкой T568B на другом конце приводит к образованию перекрестного кабеля.

Хост 10BASE-T или 100BASE-TX использует соединительную проводку, называемую интерфейсами, зависящими от среды (MDI), передавая данные на контактах 1 и 2 и получая данные на контактах 3 и 6 на сетевое устройство. Узел инфраструктуры ( концентратор или коммутатор ) соответственно использует соединительную проводку, называемую MDI-X, передавая данные на контактах 3 и 6 и получая данные на контактах 1 и 2. Эти порты соединены с помощью прямого кабеля, поэтому каждый передатчик взаимодействует с приемником на другом конце кабеля.

Узлы могут иметь два типа портов: MDI (порт восходящей линии связи) или MDI-X (обычный порт, «X» для внутреннего кроссовера). Концентраторы и коммутаторы имеют обычные порты. Маршрутизаторы, серверы и конечные хосты (например, персональные компьютеры ) имеют порты восходящей линии связи. Когда необходимо соединить два узла с портами одного типа, может потребоваться кроссоверный кабель, особенно для старого оборудования. Для соединения узлов с портами разных типов (например, MDI к MDI-X и наоборот) требуется прямой кабель. Таким образом, для подключения конечного хоста к концентратору или коммутатору требуется прямой кабель. Некоторые старые коммутаторы и концентраторы имели кнопку, позволяющую порту работать как обычный (обычный) или как порт восходящей линии связи, т. е. с использованием распиновки MDI-X или MDI соответственно.

Многие современные адаптеры хоста Ethernet могут автоматически определять другой компьютер, подключенный с помощью прямого кабеля, а затем автоматически вводить требуемый кроссовер, если это необходимо; если ни один из адаптеров не имеет такой возможности, то требуется кроссоверный кабель. Большинство новых коммутаторов имеют автоматический MDI-X на всех портах, что позволяет выполнять все соединения с помощью прямых кабелей. Если оба подключаемых устройства поддерживают 1000BASE-T в соответствии со стандартами, они будут подключаться независимо от того, используется ли прямой или кроссоверный кабель. [14]

Передатчик 10BASE-T посылает два дифференциальных напряжения, +2,5 В или -2,5 В. Передатчик 100BASE-TX посылает три дифференциальных напряжения, +1 В, 0 В или -1 В. [15] В отличие от более ранних стандартов Ethernet, использующих широкополосный и коаксиальный кабель , таких как 10BASE5 (thicknet) и 10BASE2 (thinnet), 10BASE-T не определяет точный тип используемой проводки, а вместо этого определяет определенные характеристики, которым должен соответствовать кабель. Это было сделано в ожидании использования 10BASE-T в существующих системах проводки с витой парой, которые не соответствовали ни одному указанному стандарту проводки. Некоторые из указанных характеристик - затухание , характеристическое сопротивление , задержка распространения и несколько типов перекрестных помех . Кабельные тестеры широко доступны для проверки этих параметров, чтобы определить, можно ли использовать кабель с 10BASE-T. Эти характеристики, как ожидается, будут соответствовать 100 метрам неэкранированного витого кабеля 24-го калибра . Однако при использовании высококачественных кабелей надежные кабельные трассы длиной 150 метров и более часто достижимы и считаются жизнеспособными техническими специалистами, знакомыми со спецификацией 10BASE-T. [ необходима цитата ]

100BASE-TX использует те же схемы разводки, что и 10BASE-T, но более чувствителен к качеству и длине проводов из-за более высоких скоростей передачи данных .

1000BASE-T использует все четыре пары двунаправленно, используя гибридные схемы и компенсаторы . [16] Данные кодируются с помощью 4D-PAM5; четыре измерения с использованием амплитудно-импульсной модуляции (PAM) с пятью напряжениями : −2 В, −1 В, 0 В, +1 В и +2 В. [17] Хотя на контактах линейного драйвера может появляться напряжение от +2 В до −2 В, напряжение на кабеле номинально составляет +1 В, +0,5 В, 0 В, −0,5 В и −1 В. [18]

100BASE-TX и 1000BASE-T были разработаны с учетом минимальной потребности в кабеле категории 5 , а также максимальной длины кабеля 100 метров (330 футов). С тех пор кабель категории 5 устарел, и в новых установках используется категория 5e.

Общий кабель

Для работы 10BASE-T и 100BASE-TX требуется всего две пары (контакты 1–2, 3–6). Поскольку обычный кабель категории 5 имеет четыре пары, можно использовать запасные пары (контакты 4–5, 7–8) в конфигурациях 10 и 100 Мбит/с для других целей. Запасные пары могут использоваться для питания по Ethernet (PoE), для двух обычных телефонных линий (POTS) или для второго соединения 10BASE-T или 100BASE-TX. На практике необходимо проявлять большую осторожность, чтобы разделить эти пары, поскольку оборудование Ethernet 10/100 Мбит/с электрически завершает неиспользуемые контакты («терминация Боба Смита»). [19] Общий кабель не является вариантом для Gigabit Ethernet, поскольку 1000BASE-T требует для работы всех четырех пар.

Однопарный

В дополнение к более ориентированным на компьютер вариантам с двумя и четырьмя парами, физические уровни однопарного Ethernet (SPE) 10BASE-T1 , [20] 100BASE-T1 [21] и 1000BASE-T1 [22] предназначены для промышленных и автомобильных приложений [23] или в качестве дополнительных каналов данных в других межсоединительных приложениях. [24] Расстояния, на которых работает одна пара в полнодуплексном режиме, зависят от скорости: 1000 м (1 км) с 802.3cg-2019 10BASE-T1L; 15 м или 49 футов с 100BASE-T1 (сегмент связи типа A); до 40 м или 130 футов с использованием сегмента связи 1000BASE-T1 типа B с четырьмя линейными разъемами. Оба физических уровня требуют сбалансированной витой пары с импедансом 100 Ом. Кабель должен быть способен передавать 600 МГц для 1000BASE-T1 и 66 МГц для 100BASE-T1. 2,5 Гбит/с, 5 Гбит/с и 10 Гбит/с по одной паре длиной 15 м стандартизированы в 802.3ch-2020. [25] В июне 2023 года 802.3cy добавил скорости 25 Гбит/с на длинах до 11 м. [26]

Подобно PoE, технология Power over Data Lines (PoDL) может обеспечивать питание устройства мощностью до 50 Вт. [27]

Соединители

Кабель Cat 6A с разъемом M12X на одном конце и модульным разъемом на другом

Автосогласование и дуплекс

Стандарты Ethernet по витой паре вплоть до Gigabit Ethernet определяют как полнодуплексную , так и полудуплексную связь. Однако полудуплексная работа для гигабитной скорости не поддерживается ни одним существующим оборудованием. [29] [30] Более высокие стандарты скорости, 2.5GBASE-T до 40GBASE-T [31], работающие на скорости от 2.5 до 40 Гбит/с, следовательно, определяют только полнодуплексные соединения точка-точка, которые обычно подключаются сетевыми коммутаторами и не поддерживают традиционную работу CSMA/CD с общей средой . [32]

Для Ethernet по витой паре существует множество различных режимов работы (10BASE-T полудуплекс, 10BASE-T полный дуплекс, 100BASE-TX полудуплекс и т. д.) , и большинство сетевых адаптеров способны работать в различных режимах. Для создания рабочего соединения 1000BASE-T требуется автосогласование .

Когда два связанных интерфейса настроены на разные дуплексные режимы, результатом этого несоответствия дуплекса является сеть, которая работает намного медленнее своей номинальной скорости. Несоответствие дуплекса может быть непреднамеренно вызвано, когда администратор настраивает интерфейс на фиксированный режим (например, 100 Мбит/с полный дуплекс) и не настраивает удаленный интерфейс, оставляя его настроенным на автосогласование. Затем, когда процесс автосогласования не удается, полудуплекс предполагается автосогласующейся стороной соединения.

Варианты

Сравнение технологий Ethernet на основе витой пары

  1. ^ ab Скорость передачи  = полосы  × биты на герц  × спектральная полоса пропускания
  2. ^ ab Эффективная скорость передачи бит/с на герц на полосу после потерь на накладные расходы при кодировании
  3. ^ ab Спектральная полоса пропускания — это максимальная скорость, с которой сигнал завершит один цикл. Обычно она равна половине символьной скорости , поскольку можно отправить символ как на положительном, так и на отрицательном пике цикла. Исключениями являются 10BASE-T, где она равна, поскольку он использует код Manchester , и 100BASE-TX, где она равна одной четвертой, поскольку он использует кодировку MLT-3 .
  4. ^ ab При меньшей длине кабеля можно использовать кабели более низкого класса, чем требуется для 100  м. Например, можно использовать 10GBASE-T на кабеле Cat 6 длиной 55  м или меньше. Аналогично ожидается, что 5GBASE-T будет работать с Cat  5e в большинстве случаев использования.
  5. ^ 15 м для соединений «точка-точка», 25 м для смешанных/многоточечных сегментов

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Как правило, более скоростные реализации поддерживают более низкоскоростные стандарты, что позволяет смешивать различные поколения оборудования; с инклюзивной возможностью, обозначенной как 10/100 или 10/100/1000 для соединений, которые поддерживают такие комбинации. [1] : 123 
  2. ^ Модульный разъем 8P8C часто называют RJ45 по названию стандарта телефонной промышленности .
  3. ^ Включая или выключая линк-бит, ряд сетевых карт того времени могли работать либо со StarLAN 10, либо с 10BASE-T. [12]
  4. ^ ab Термины, используемые в пояснениях стандартов 568, tip и ring , относятся к более старым технологиям связи и приравниваются к положительным и отрицательным частям соединений.

Ссылки

  1. ^ Чарльз Э. Сперджен (2000). Ethernet: полное руководство. О'Рейли Медиа. ISBN 978-1-56592-660-8.
  2. ^ "Характеристики и параметры управления физическими уровнями для работы на скорости 10 Мбит/с и соответствующей подачи питания по одной сбалансированной паре проводников". IEEE 802.3. Архивировано из оригинала 18 марта 2020 г.
  3. ^ Фионн Херли, Почему 10BASE-T1S — недостающее звено Ethernet для автомобильной связи, аналоговые устройства
  4. ^ Cena, Gianluca; Scanzio, Stefano; Valenzano, Adriano (2023-04-26). Композитные сети CAN XL-Ethernet для систем автомобилестроения и автоматизации следующего поколения (PDF) . 19-я международная конференция IEEE 2023 года по системам заводской связи (WFCS). IEEE. doi :10.1109/wfcs57264.2023.10144116.
  5. ^ ab IEC 63171-1 (проект 48B/2783/FDIS, 17 января 2020 г.), Соединители для электрического и электронного оборудования. Часть 1. Подробная спецификация для 2-контактных, экранированных или неэкранированных, свободных и фиксированных соединителей: информация о механическом сопряжении, назначение контактов и дополнительные требования для ТИПА 1 / Медный стиль LC . Международная электротехническая комиссия. 2020.
  6. ^ ab IEC 63171-6:2020, Соединители для электрического и электронного оборудования. Часть 6. Подробная спецификация для 2- и 4-контактных (данные/питание), экранированных, свободных и фиксированных соединителей для передачи питания и данных с частотами до 600 МГц . Международная электротехническая комиссия. 2020.
  7. ^ Урс фон Бург (2001). Триумф Ethernet: технологические сообщества и битва за стандарт LAN. Stanford University Press. С. 175–176, 255–256. ISBN 978-0-8047-4095-1.
  8. ^ Паула Мусич (3 августа 1987 г.). "Пользователь хвалит систему SynOptic: LattisNet добился успеха в PDS". Network World . Том 4, № 31. С. 2, 39. Получено 10 июня 2011 г.
  9. ^ WC Wise, доктор философии (март 1989 г.). «Вчера кто-то спросил меня, что я думаю о LattisNet. Вот что я ему вкратце сказал». CIO Magazine . Vol. 2, no. 6. p. 13. Получено 11 июня 2011 г.(Реклама)
  10. ^ Руководство по обслуживанию и устранению неполадок в сети. Fluke Networks. 2002. стр. B-4. ISBN 1-58713-800-X.
  11. ^ StarLAN Technology Report, 4-е издание. Architecture Technology Corporation. 1991. ISBN 9781483285054.
  12. ^ Оланд, Луис. "3Com 3C523". Walsh Computer Technology . Получено 1 апреля 2015 г.
  13. ^ IEEE 802.3 1.2.3 Физический уровень и обозначение среды
  14. ^ IEEE 802.3 40.1.4 Сигнализация
  15. ^ Дэвид А. Уэстон (2001). Электромагнитная совместимость: принципы и приложения. CRC Press. С. 240–242. ISBN 0-8247-8889-3. Получено 11 июня 2011 г. .
  16. ^ IEEE 802.3 40.1.3 Эксплуатация 1000BASE-T
  17. ^ Стив Прайор. "1000BASE-T Duffer's Guide to Basics and Startup" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 2022-10-09 . Получено 2011-02-18 .
  18. ^ Ник ван Бейвел; Фил Каллахан; Джон Чианг (2004-10-25). «Драйверы линии с режимом напряжения экономят электроэнергию». EE Times . Получено 2022-08-30 .
  19. ^ Петерсон, Захария (28.10.2020). «Терминация Боба Смита: правильно ли это для Ethernet?». altium.com . Получено 14.05.2022 .
  20. ^ IEEE 802.3cg-2019 Статья 146–147
  21. ^ IEEE 802.3bw-2015 Статья 96
  22. ^ "IEEE P802.3bp 1000BASE-T1 PHY Task Force". IEEE 802.3. 2016-07-29.
  23. ^ «Новый стандарт 802.3bw Ethernet Auto оставляет кабели LVDS далеко позади». 8 апреля 2016 г.
  24. ^ IEEE 802.3bw, пункт 96 и 802.3bp, пункт 97
  25. ^ Магуайр, Валери (04.06.2020). «IEEE Std 802.3ch-2020: Multi-Gig Automotive Ethernet PHY».
  26. ^ "Характеристики физического уровня и параметры управления для 25 Гбит/с — Электрический автомобильный Ethernet". IEEE. 2023-08-11. Архивировано из оригинала 16 мая 2022 г.
  27. ^ IEEE 802.3bu-2016 104. Питание по линиям передачи данных (PoDL) одиночной сбалансированной витой пары Ethernet
  28. ^ "ix Industrial®" . Получено 13 января 2022 г. .
  29. ^ Seifert, Rich (1998). "10". Gigabit Ethernet: технология и приложения для высокоскоростных локальных сетей . Addison Wesley. ISBN 0-201-18553-9.
  30. ^ "Настройка и устранение неполадок Ethernet 10/100/1000Mb Half/Full Duplex Auto-Negotiation". Cisco. 2009-10-28 . Получено 2015-02-15 .
  31. ^ "IEEE P802.3bq 40GBASE-T Task Force". IEEE 802.3.
  32. ^ Майкл Палмер (2012-06-21). Практические основы сетевых технологий, 2-е изд. Cengage Learning. стр. 180. ISBN 978-1-285-40275-8.
  33. ^ Чарльз Э. Сперджен (2014). Ethernet: Полное руководство (2-е изд.). O'Reilly Media. ISBN 978-1-4493-6184-6.
  34. ^ "Введение в Fast Ethernet" (PDF) . Contemporary Control Systems, Inc. 2001-11-01. Архивировано (PDF) из оригинала 2022-10-09 . Получено 2018-08-25 .

Внешние ссылки