stringtranslate.com

Гигабитный Ethernet

Контроллер сетевого интерфейса Intel PRO/1000 GT PCI

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

История

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

Первоначально Gigabit Ethernet был развернут в каналах магистральной сети высокой пропускной способности (например, в кампусной сети высокой пропускной способности). В 2000 и 2001 годах Apple Power Mac G4 и PowerBook G4 соответственно были первыми серийными персональными компьютерами, оснащенными соединением 1000BASE-T. [2] Эта функция быстро стала встроенной во многие другие компьютеры.

Полудуплексные гигабитные каналы, подключенные через концентраторы-репитеры, были частью спецификации IEEE, [3] но спецификация больше не обновляется, и используется исключительно полнодуплексный режим работы с коммутаторами .

Разновидности

Сетевая интерфейсная карта Intel с поддержкой 1000BASE-T , которая подключается к компьютеру через PCI-X.

Существует пять стандартов физического уровня для Gigabit Ethernet, использующих оптоволокно (1000BASE-X), витую пару (1000BASE-T) или экранированный симметричный медный кабель (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. В этих стандартах используется кодирование 8b/10b , которое увеличивает скорость линии на 25%, с 1000 Мбит/с до 1250 Мбит/с, чтобы обеспечить сбалансированный сигнал по постоянному току и обеспечить восстановление тактовой частоты. Затем символы отправляются с использованием NRZ .

Оптоволоконные трансиверы чаще всего реализуются как заменяемые пользователем модули в форме SFP или GBIC на старых устройствах.

IEEE 802.3ab, определяющий широко используемый тип интерфейса 1000BASE-T, использует другую схему кодирования, чтобы поддерживать как можно более низкую скорость передачи символов и обеспечивать передачу по витой паре.

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

Позже к Ethernet на первой миле добавились 1000BASE-LX10 и -BX10.

Медь

1000BASE-T

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

1000BASE-T (также известный как IEEE 802.3ab) — это стандарт Gigabit 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 выше (включая Cat 5e и Cat 6 ).

Автосогласование является требованием для использования 1000BASE-T [6] в соответствии с разделом 28D.5 «Расширения, необходимые для пункта 40» (1000BASE-T) . [7] По крайней мере, источник синхронизации должен быть согласован, так как одна конечная точка должна быть ведущей, а другая конечная точка должна быть подчиненной.

В отличие от 10BASE-T и 100BASE-TX , 1000BASE-T использует четыре полосы по всем четырем кабельным парам для одновременной передачи в обоих направлениях за счет использования эхоподавления с адаптивным выравниванием , называемых гибридными схемами [8] (это похоже на телефонную связь) . гибридная ) и пятиуровневая импульсно-амплитудная модуляция (ПАМ-5). Скорость передачи символов идентична скорости передачи символов 100BASE-TX (125  Мбод ), а помехоустойчивость пятиуровневой сигнализации также идентична трехуровневой сигнализации в 100BASE-TX, поскольку 1000BASE-T использует четырехмерную решетчатую структуру . кодированная модуляция (TCM) для достижения  усиления кодирования 6 дБ по четырем парам.

Поскольку согласование происходит только по двум парам, если два гигабитных интерфейса соединены кабелем с двумя парами, интерфейсы успешно выберут «гигабит» в качестве наибольшего общего знаменателя (HCD), но соединение никогда не возникнет. Большинство гигабитных физических устройств имеют специальный регистр для диагностики такого поведения. Некоторые драйверы предлагают опцию «Ethernet@Wirespeed», когда 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 в четыре трехбитных символа посредством нетривиальной процедуры скремблирования, основанной на сдвиговом регистре с линейной обратной связью ; это похоже на то, что сделано в 100BASE-T2 , но используются другие параметры. Затем трехбитовые символы сопоставляются с уровнями напряжения, которые постоянно изменяются во время передачи. Пример сопоставления выглядит следующим образом:

Автоматическая конфигурация MDI/MDI-X указана как дополнительная функция в стандарте 1000BASE-T, [10] это означает, что прямые кабели часто будут работать между гигабитными интерфейсами. Эта функция устраняет необходимость в перекрестных кабелях , делая устаревшими порты восходящей линии связи/обычные порты и ручные переключатели, имеющиеся на многих старых концентраторах и коммутаторах, и значительно снижает количество ошибок при установке.

Чтобы расширить и максимально эффективно использовать существующие кабели Cat-5e и Cat-6, дополнительные стандарты следующего поколения 2.5GBASE-T и 5GBASE-T будут работать со скоростью 2,5 и 5,0 Гбит/с соответственно в существующей медной инфраструктуре, предназначенной для использовать с 1000BASE-T. [11] Он основан на 10GBASE-T , но использует более низкие частоты передачи сигналов.

1000BASE-T1

IEEE 802.3 стандартизировал 1000BASE-T1 в стандарте IEEE Std 802.3bp-2016. [12] Он определяет Gigabit Ethernet по одной витой паре для автомобильных и промышленных приложений. Он включает характеристики кабеля для длины 15 метров (тип A) или 40 метров (тип B). Передача осуществляется с использованием PAM-3 на скорости 750 МБд.

1000BASE-TX

Ассоциация телекоммуникационной отрасли (TIA) создала и продвигала стандарт, аналогичный 1000BASE-T, но более простой в реализации, назвав его 1000BASE-TX (TIA/EIA-854). [13] Упрощенная конструкция теоретически могла бы снизить стоимость необходимой электроники за счет использования только четырех однонаправленных пар (две пары TX и две пары RX) вместо четырех двунаправленных пар. Однако это решение потерпело коммерческий провал, вероятно , из-за необходимости использования кабелей категории 6 и быстрого падения стоимости продуктов 1000BASE-T .

1000BASE-CX

802.3z-1998 CL39, стандартизированный 1000BASE-CX, является первоначальным стандартом для соединений Gigabit Ethernet с максимальными расстояниями 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 конкретных приложений, где кабельная разводка выполняется ИТ-специалистами, например, IBM BladeCenter использует 1000BASE-CX для соединений Ethernet между блейд-серверами и модулями коммутатора, 1000BASE-T пришел на смену ему для общего использования медной проводки. . [14]

1000BASE-KX

802.3ap-2007 Стандартизированный CL70 1000BASE-KX является частью стандарта IEEE 802.3ap для работы Ethernet через электрические объединительные платы. Этот стандарт определяет от одной до четырех линий каналов объединительной платы, одну дифференциальную пару RX и одну дифференциальную пару TX на полосу, при пропускной способности канала 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 ГБд .

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 линейный код 8b/10b . 1000BASE-X основан на стандартах физического уровня, разработанных для Fibre Channel . [15]

1000BASE-SX

1000BASE-SX — это оптоволоконный стандарт Gigabit Ethernet для работы по многомодовому оптоволокну с использованием длины волны света от 770 до 860 нанометров в ближнем инфракрасном диапазоне (NIR) .

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 50 мкм. /500 МГц×км многомодовое волокно. [26] [27] Производители оптоволоконных кабелей увеличили дальность действия 1000BASE-SX как минимум до 1 км при использовании с более современными типами оптоволоконных кабелей, такими как OM3 и OM4. [17]

Этот стандарт очень популярен для внутризданий каналов связи в крупных офисных зданиях, центрах совместного размещения и независимых от операторов Интернет-станций.

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

1000BASE-LSX

1000BASE-LSX — это нестандартный, но принятый в отрасли [28] термин для обозначения передачи данных Gigabit Ethernet. Он очень похож на 1000BASE-SX, но обеспечивает большие расстояния до 2 км по паре многомодовых волокон благодаря более качественной оптике, чем SX, работающий 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. Дальность достигается за счет использования лазерного передатчика Фабри Перо .

1000BASE-LX

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

1000BASE-LX предназначен для работы на расстоянии до 5 км по одномодовому волокну диаметром 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 условий запуска. [29] Это запускает лазер с точным смещением от центра волокна, что заставляет его распространяться по диаметру сердцевины волокна, уменьшая эффект, известный как задержка дифференциальной моды, которая возникает, когда лазер соединяется только с небольшим количеством волокон. доступные режимы в многомодовом волокне.

1000BASE-LX10

1000BASE-LX10 был стандартизирован через шесть лет после первых версий гигабитного оптоволокна как часть Ethernet в целевой группе «Первой мили» . Он практически идентичен 1000BASE-LX, но обеспечивает большие расстояния до 10 км по паре одномодовых волокон за счет более качественной оптики. До того, как стандарт 1000BASE-LX10 был стандартизирован, он, по сути, уже широко использовался многими поставщиками как собственное расширение, называемое либо 1000BASE-LX/LH, либо 1000BASE-LH. [30]

1000BASE-EX

1000BASE-EX — это нестандартный, но принятый в отрасли термин [31] для обозначения передачи данных Gigabit Ethernet. Он очень похож на 1000BASE-LX10, но обеспечивает дальность связи до 40 км по паре одномодовых волокон благодаря более качественной оптике, чем LX10, работающий на лазерах с длиной волны 1310 нм. Его иногда 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 — это очень похожий нестандартный вариант с большей дальностью действия, в котором используется оптика с длиной волны 1550 нм.

1000BASE-BX10

1000BASE-BX10 способен передавать сигнал на расстояние до 10 км по одной нити одномодового волокна с разной длиной волны в каждом направлении. Терминалы на каждой стороне волокна не равны, так как передающий в нисходящем направлении (от центра сети наружу) использует длину волны 1490 нм, а передающий в восходящем направлении использует длину волны 1310 нм. Это достигается с помощью пассивной разделительной призмы внутри каждого трансивера.

Другая нестандартная однонитевая оптика большей мощности, широко известная как «BiDi» (двунаправленная), использует пары длин волн в диапазоне 1490/1550 нм и способна достигать расстояний 20, 40 и 80 км или более. в зависимости от стоимости модуля, потерь на оптоволокне, сращиваний, разъемов и патч-панелей. Оптика BiDi с очень большой дальностью действия может использовать пары длин волн 1510/1590 нм.

1000BASE-ZX

1000BASE-ZX — это нестандартный, но используемый несколькими поставщиками термин [32] для обозначения передачи Gigabit Ethernet с использованием длины волны 1550 нм для достижения расстояний не менее 70 километров (43 миль) по одномодовому оптоволокну. Некоторые поставщики указывают расстояния до 120 километров (75 миль) по одномодовому оптоволокну, иногда называемому 1000BASE-EZX. Расстояние свыше 80 км сильно зависит от потерь на трассе используемого волокна, в частности, от показателя затухания в дБ на км, количества и качества разъемов/патч-панелей и соединений, расположенных между приемопередатчиками. [33]

1000BASE‑CWDM

1000BASE-CWDM — это нестандартный, но принятый в отрасли термин [23] [24] для обозначения передачи данных Gigabit Ethernet. Он очень похож на 1000BASE-LX10, но обеспечивает большие расстояния до 40–120 км и до 18 параллельных каналов по паре одномодовых волокон благодаря более качественной оптике, чем LX10, и использованию CWDM, работающего на длине волны 1270–1610 нм. лазеры с длиной волны.

Для использования CWDM требуется блок мультиплексора/демультиплексора на обоих концах оптоволоконной линии, мультиплексор/демультиплексор CWDM с соответствующими длинами волн и SFP с соответствующими длинами волн. [24] Возможно ли последовательное использование DWDM для увеличения количества каналов.

Большинство применений нм, 1590 нм и 1610 нм

CWDM дешевле в использовании, чем DWDM, примерно на 1/5-1/3 стоимости. [34] [35] CWDM примерно в 5-10 раз дороже, чем традиционные трансиверы -LX/-LZ, если у вас есть оптоволокно.

1000BASE-DWDM

1000BASE-DWDM — это нестандартный, но принятый в отрасли термин [25] [24] для обозначения передачи данных Gigabit Ethernet. Он очень похож на 1000BASE-LX10, но обеспечивает большие расстояния 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 1528- Лазеры с длиной волны 1565 нм.

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

Чтобы использовать DWDM, необходимо использовать блок мультиплексора/демультиплексора на обоих концах оптоволоконной линии, мультиплексор/демультиплексор DWDM с соответствующими длинами волн и SFP с соответствующими длинами волн. [24] Возможно ли также последовательное использование CWDM для увеличения количества каналов. [ нужна цитата ]

1000BASE-RH x

IEEE 802.3bv-2017 определяет стандартизацию Gigabit Ethernet по пластиковому оптическому волокну (POF) со ступенчатым индексом с использованием большого блочного кодирования -R 64b/65b с красным светом (600–700 нм). 1000BASE-RHA предназначен для домашнего и потребительского использования (просто закрепление голого POF), 1000BASE-RHB для промышленного применения и 1000BASE-RHC для автомобильного применения.

Оптическая совместимость

В одном и том же канале может существовать оптическая совместимость с соответствующими интерфейсами Ethernet 1000BASE-X. [36] В некоторых типах оптики также возможно несовпадение длин волн. [37]

Для достижения совместимости должны быть соблюдены некоторые критерии: [38]

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

Смотрите также

Примечания

  1. ^ В ISO длина носит чисто информативный характер. Длина не является критерием «прошел/не прошел» при проверке соответствия стандартам серии EN 50173.
  2. ^ Некоторые типы оптики могут работать с несоответствием длины волны. [39]

Рекомендации

  1. ^ «Специальная группа IEEE P802.3ae Ethernet 10 Гбит/с» . Проверено 19 марта 2013 г.
  2. ^ «Power Macintosh G4 (Gigabit Ethernet)» . apple-history.com . Проверено 5 ноября 2007 г.
  3. ^ Один повторитель на домен коллизий определен в IEEE 802.3 2008, раздел 3: 41. Повторитель для сетей основной полосы пропускания 1000 Мбит/с.
  4. ^ AB Чарльз Э. Сперджен (2014). Ethernet: Полное руководство (2-е изд.). О'Рейли Медиа. ISBN 978-1-4493-6184-6.
  5. ^ Баррера, Дэн. Интервью: Дэн Баррера, компания Ideal Networks, о стандартах кабельных систем TIA 42 и процессах тестирования. YouTube . Событие происходит в 11:49. Архивировано из оригинала 17 ноября 2021 года . Проверено 8 апреля 2020 г.
  6. ^ «Автосогласование; 802.3-2002» (PDF) . Интерпретации стандартов IEEE . ИИЭЭ . Проверено 5 ноября 2007 г.
  7. ^ IEEE. «Часть 3: Метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD) и спецификации физического уровня». РАЗДЕЛ ВТОРОЙ: Этот раздел включает пункты 21–33 и приложения 22A–33E . Проверено 18 февраля 2010 г.
  8. ^ IEEE. «1.4 Определения 1.4.187 гибрид» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 6 декабря 2010 г. Проверено 9 августа 2017 г.
  9. ^ «Часто задаваемые вопросы о сетевых адаптерах Broadcom Ethernet» . Проверено 25 апреля 2016 г.
  10. ^ Пункт 40.4.4 в IEEE 802.3-2008.
  11. ^ «Что такое технология NBASE-T» .
  12. ^ "Целевая группа IEEE P802.3bp 1000BASE-T1 PHY" . ИЭЭЭ 802.3. 29 июля 2016 года . Проверено 6 октября 2016 г.
  13. ^ «TIA публикует новый стандарт TIA/EIA-854» . ТАЙ. 25 июля 2001 г. Архивировано из оригинала 27 сентября 2011 г.
  14. ^ "1000BaseCX". Сетевая энциклопедия . Киберформа Лда.
  15. ^ IEEE 802.3, пункт 36.1.1.
  16. ^ «Многомодовый трансивер Gigabit Ethernet SFP MT-RJ» (PDF) . Тайко Электроника. 1 ноября 2003 года . Проверено 26 августа 2018 г.
  17. ^ ab «Выбор и характеристики многомодового оптического волокна» (PDF) . ООО «Корнинг Кэйбл Системс». 2012 . Проверено 23 декабря 2022 г.
  18. ^ «Технические данные серии SFP-1G» (PDF) . МОКСА. 12 октября 2018 г. . Проверено 21 марта 2020 г.
  19. ^ «Технические данные серии SFP-1G» (PDF) . МОКСА. 12 октября 2018 г. . Проверено 21 марта 2020 г.
  20. ^ "SFP1G-SX-31". FS.com. 1 января 2019 года . Проверено 21 марта 2020 г.
  21. ^ «Моделирование системы 1000BASE-RH PHY» (PDF) . Рабочая группа IEEE 802.3bv. 8 сентября 2015 г. Проверено 25 августа 2018 г.
  22. ^ «Оптический Ethernet в автомобилестроении» (PDF) . Развитие знаний для POF SL (KDPOF). 3 июля 2017 г. Архивировано из оригинала (PDF) 10 сентября 2018 г. . Проверено 25 августа 2018 г.
  23. ^ ab «Техническое описание CWDM SFP». Циско . 29 декабря 2005 года . Проверено 22 марта 2020 г.
  24. ^ abcdef «Технология DWDM и обзор сети DWDM». FS.com . FS.com. 28 ноября 2016 года . Проверено 22 марта 2020 г.
  25. ^ ab «Паспорт данных DWDM-SFP». Циско . Циско . Проверено 22 марта 2020 г.
  26. ^ «Стандарты и расстояния Ethernet-медиа» . kb.wisc.edu . Проверено 1 февраля 2017 г.
  27. ^ IEEE 802.3 Таблица 38–2 — Рабочий диапазон 1000BASE-SX по каждому типу оптического волокна.
  28. ^ «Технические данные серии SFP-1G» (PDF) . МОКСА . Проверено 21 марта 2020 г.
  29. ^ «Примечания по установке патч-корда с регулировкой режима» . Проверено 14 февраля 2009 г.
  30. ^ «Оптика Cisco SFP для приложений Gigabit Ethernet» . Сиско Системы . Проверено 1 июня 2010 г.
  31. ^ "fs SFP1G-EX-55" . ФС Германия . Проверено 30 марта 2020 г.
  32. ^ "FS SFP1G-ZX-55" . ФС Германия . Проверено 30 марта 2020 г.
  33. ^ «Приемопередатчик SFP 1,25 Гбит/с, 120 км» (PDF) . Менаранет.
  34. ^ «CWDM против DWDM: в чем различия?». Medium.com . 30 ноября 2017 г. . Проверено 22 марта 2020 г.
  35. ^ «CWDM - экономически эффективная альтернатива расширению пропускной способности сети» . fs.com . 17 июня 2014 года . Проверено 22 марта 2020 г.
  36. ^ «Cisco 100BASE-X SFP для портов SFP Fast Ethernet» (PDF) . сиско . сиско . Проверено 29 марта 2020 г.
  37. ^ «Все, что вы всегда хотели знать об оптических сетях, но боялись спросить» (PDF) . archive.nanog.org . Ричард А. Стинберген . Проверено 30 марта 2020 г.
  38. ^ «Несовместимость волокон? - Ars Technica OpenForum» . arstechnica.com . 6 июня 2006 г. Проверено 29 марта 2020 г.[ самостоятельно опубликованный источник? ]
  39. ^ «Все, что вы всегда хотели знать об оптических сетях, но боялись спросить» (PDF) . archive.nanog.org . Ричард А. Стинберген . Проверено 30 марта 2020 г.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки