Физический уровень Ethernet - Ethernet physical layer

Физический уровень Ethernet
EthernetCableYellow3.jpg
Стандартный разъем 8P8C (часто называемый RJ45 ), наиболее часто используемый в кабелях категории 5 , одном из типов кабелей, используемых в сетях Ethernet.
Стандарт IEEE 802.3 (с 1983 г.)
Физические носители Коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно
Топология сети Точка-точка, звезда, автобус
Основные варианты 10BASE5 , 10BASE2 , 10BASE-T , 100BASE-TX , 1000BASE-T , 10GBASE-T
Максимальное расстояние 100 м (328 футов) по витой паре, до 100 км по оптоволокну
Режим работы дифференциальный (симметричный), оптический, несимметричный
Максимальный битрейт От 1 Мбит / с до 400 Гбит / с
Уровни напряжения ± 2,5 В (по витой паре)
Общие типы разъемов 8P8C, LC, SC, ST

Ethernet Физический уровень является физический уровень функциональность Ethernet семейства компьютерных сетевых стандартов. Физический уровень определяет электрические или оптические свойства и скорость передачи физического соединения между устройством и сетью или между сетевыми устройствами. Он дополняется уровень МАС и логического канального уровня .

Физический уровень Ethernet развивался за время своего существования, начиная с 1980 года, и включает в себя несколько интерфейсов физических носителей и несколько порядков скорости от 1  Мбит / с до 400  Гбит / с . Диапазон физических сред - от громоздкого коаксиального кабеля до витой пары и оптического волокна со стандартизованной дальностью действия до 40 км. В общем, программное обеспечение стека сетевых протоколов будет работать одинаково на всех физических уровнях.

Многие адаптеры Ethernet и порты коммутатора поддерживают несколько скоростей за счет использования автосогласования для установки скорости и дуплексного режима для достижения наилучших значений, поддерживаемых обоими подключенными устройствами. Если автосогласование не удается, некоторые многоскоростные устройства определяют скорость, используемую их партнером, но это может привести к несоответствию дуплексного режима . За редкими исключениями порт 100BASE-TX ( 10/100 ) также поддерживает 10BASE-T, а порт 1000BASE-T ( 10/100/1000 ) также поддерживает 10BASE-T и 100BASE-TX. Большинство портов 10GBASE-T также поддерживают 1000BASE-T, некоторые даже 100BASE-TX или 10BASE-T. Хотя на автосогласование практически можно положиться для Ethernet по витой паре , несколько оптоволоконных портов поддерживают несколько скоростей. В любом случае даже многоскоростные оптоволоконные интерфейсы поддерживают только одну длину волны (например, 850 нм для 1000BASE-SX или 10GBASE-SR).

К 2007 году 10 Gigabit Ethernet уже использовался как в корпоративных, так и в операторских сетях, с ратификацией 40 Gbit / s и 100 Gigabit Ethernet . В 2017 году самым быстрым дополнением к семейству Ethernet стало 200 и 400 Гбит / с .

Соглашения об именах

Как правило, слои именуются в соответствии с их спецификациями:

  • 10, 100, 1000, 10G, ... - номинальная, используемая скорость наверху физического уровня (без суффикса = мегабит / с, G = гигабит / с), исключая линейные коды, но включая другие служебные данные физического уровня ( преамбула , ЮФО , ИПГ ); некоторые WAN PHY ( W ) работают с немного сниженным битрейтом по соображениям совместимости; закодированные подуровни PHY обычно работают с более высокими битрейтами
  • BASE, BROAD, PASS - указывает сигнализацию основной полосы , широкополосной или полосы пропускания соответственно
  • -T, -T1, -S, -L, -E, -Z, -C, -K, -H ... - medium ( PMD ): T = витая пара , -T1 = однопарная витая пара, S = Короткая длина волны 850 нм ( многомодовое волокно ), L = длина волны 1300 нм (в основном одномодовое волокно ), E или Z = сверхдлинная длина волны 1500 нм (одномодовое), B = двунаправленное волокно (в основном одномодовое волокно) ) с использованием WDM , P = пассивный оптический ( PON ), C = медный / твинаксиальный , K = объединительная плата , 2 или 5 или 36 = коаксиальный кабель с радиусом действия 185/500/3600 м (устаревший), F = волокно, различные длины волн, H = пластиковое оптическое волокно
  • X, R - метод кодирования PCS ( зависит от поколения): X для блочного кодирования 8b / 10b ( 4B5B для Fast Ethernet), R для кодирования больших блоков ( 64b / 66b )
  • 1, 2, 4, 10 - для LAN PHY указывает количество полос, используемых на ссылку; для WAN PHY указывает радиус действия в километрах

Для 10 Мбит / с кодировка не указана, поскольку во всех вариантах используется манчестерский код . Большинство слоев витой пары используют уникальную кодировку, поэтому чаще всего используется просто -T .

Охват , особенно для оптических соединений, определяются как максимально достижимая длиной линии связи , который гарантированно работает , когда все параметры канала выполнены ( модальные полосы пропускания , затухание , вносимые потери и т.д.). При лучших параметрах канала часто может быть достигнута более длинная и стабильная длина канала. И наоборот, канал с худшими параметрами канала тоже может работать, но только на меньшем расстоянии. Досягаемость и максимальное расстояние имеют одно и то же значение.

Физические уровни

В следующих разделах приводится краткое описание официальных типов носителей Ethernet. В дополнение к этим официальным стандартам многие поставщики по разным причинам внедрили собственные типы носителей - часто для поддержки больших расстояний по оптоволоконным кабелям.

Ранние реализации и 10 Мбит / с

Ранние стандарты Ethernet использовали манчестерское кодирование, чтобы сигнал самосинхронизировался и на него не влияли фильтры высоких частот .

Имя Стандарт (пункт) Общие разъемы Охват ссылки Требуемый кабель Описание
Коаксиальный кабель
Xerox экспериментальный Ethernet Собственный (1976) Кран вампира 1 км 75  Ом коаксиальный Первоначальная реализация Ethernet 2,94 Мбит / с имела восьмибитные адреса и другие различия в формате кадра.
10BASE5 802.3-1983 (8) AUI , N , вампир 500 м RG-8X В исходном стандарте используется один коаксиальный кабель, в котором соединение выполняется путем врезания в один кабель и просверливания до контакта с сердечником и экраном. В значительной степени устаревшие, хотя из-за широкого распространения в начале 1980-х некоторые системы все еще могут использоваться. Был известен также как DIX Standard (до 802.3) и позже как Thick-Ethernet (в отличие от 10BASE2, thinnet). 10 Мбит / с по дорогостоящему коаксиальному кабелю RG-8X 50  Ом , топология электрической шины с обнаружением коллизий . Устарело с 2003 г.
10BASE2 802.3a-1985 (10) BNC , EAD / TAE-E 185 кв.м. RG-58 Коаксиальный кабель 50 Ом соединяет машины друг с другом, каждая машина использует Т-образный соединитель для подключения к своей сетевой карте . Требуются терминаторы на каждом конце. В течение многих лет с середины до конца 1980 года это был доминирующий стандарт Ethernet. Также называется Thin Ethernet , Thinnet или Cheapernet . 10 Мбит / с по коаксиальному кабелю RG-58 , топология шины с обнаружением коллизий. Устарело с 2011 г.
10ШРОГ36 802.3b-1985 (11) F 1800 м при VF 0,87 75 Ом коаксиальный Ранний стандарт, поддерживающий Ethernet на больших расстояниях. В нем использовались методы широкополосной модуляции, аналогичные используемым в системах кабельных модемов , и работала по коаксиальному кабелю. 10 Мбит / с, кодированная модулированная сигнализация NRZ ( PSK ) по высокочастотной несущей, широкополосный коаксиальный кабель, шинная топология с обнаружением коллизий. Устарело с 2003 г.
Витая пара
1BASE5 802.3e-1987 (12) 8P8C ( МЭК 60603-7 ) 250 м по голосу Также называется StarLAN . Работает со скоростью 1 Мбит / с по витой паре с активным концентратором, звездообразная топология . Несмотря на коммерческий провал, 1BASE5 определил архитектуру для всей последующей эволюции Ethernet на витой паре. Устарело с 2003 г.
StarLAN  10 Собственный (1988) 8P8C 100 м по голосу 10 Мбит / с по медной витой паре, звездообразная топология - преобразована в 10BASE-T
LattisNet UTP Собственный (1987) 8P8C 100 м по голосу 10 Мбит / с по медной витой паре, звездообразная топология - преобразована в 10BASE-T
10BASE-T 802.3i-1990 (14) 8P8C ( МЭК 60603-7 ) 100 м Кот-3 Работает по четырем проводам (две витые пары ). Повторителя концентратор или коммутатор находится в центре и имеет порт для каждого узла. Такая же конфигурация используется для 100BASE-T и Gigabit Ethernet. Кабельная система на основе медной витой пары, топология «звезда» - прямое развитие 1BASE-5 . По состоянию на 2018 год, все еще широко поддерживается.
10BASE-Te 802.3az-2010 (14) 100 м Кот-5 Энергоэффективный вариант Ethernet 10BASE-T с использованием сигнала пониженной амплитуды по кабелю категории 5 , полностью совместимый с узлами 10BASE-T.
10BASE-T1L 802.3cg-2019 (146) МЭК 63171-1, МЭК 63171-6 1000 м Ethernet по одной витой паре для промышленных приложений
10BASE-T1S 802.3cg-2019 (147) 15 м Ethernet по одной витой паре для автомобильных приложений, включая PoDL
Волоконно-оптический кабель
FOIRL 802.3d-1987 (9.9) ST 1000 м FDDI стиле ММФ Волоконно-оптическая связь между повторителями ; оригинальный стандарт Ethernet по оптоволокну, замененный 10BASE-FL
10BASE-F 802.3j-1993 (15) Общий термин для семейства стандартов Ethernet 10 Мбит / с, использующих оптоволоконный кабель: 10BASE-FL , 10BASE-FB и 10BASE-FP . Из них только 10BASE-FL получил широкое распространение. 10 Мбит / с по оптоволоконной паре
10BASE-FL 802.3j-1993 (15 и 18) ST 2000 м ММЖ в стиле FDDI Обновленная версия стандарта FOIRL для конечных узлов, дальность действия 2 км по многомодовому волокну в стиле FDDI , длина волны 850 нм
10BASE-FB 802.3j-1993 (15 и 17) 2000 м Предназначен для магистральных сетей, соединяющих несколько концентраторов или коммутаторов в качестве прямого преемника FOIRL; не рекомендуется 2011.
10BASE ‑ FP 802.3j-1993 (15 и 16) 1000 м Пассивная звездообразная сеть , не требующая ретранслятора, никогда не была реализована. Устарело с 2003 г.

Fast Ethernet

Все варианты Fast Ethernet используют звездообразную топологию и обычно используют линейное кодирование 4B5B .

Имя Стандарт (пункт) Общие разъемы Описание
Витая пара
100BASE ‑ T 802.3u-1995 (21) Термин для любого из трех стандартов Ethernet 100 Мбит / с по витой паре. Включает 100BASE-TX , 100BASE-T4 и 100BASE-T2 . По состоянию на 2009 год 100BASE-TX полностью доминировал на рынке и может считаться синонимом 100BASE-T в неформальном использовании.
100BASE-TX 802.3u-1995 (24, 25) 8P8C (стандарт FDDI TP-PMD, ANSI INCITS 263-1995) 4B5B Кодированная сигнализация MLT-3 , кабель категории 5 с двумя витыми парами. По состоянию на 2018 год по-прежнему очень популярен.
100BASE-T4 802.3u-1995 (23) 8P8C ( МЭК 60603-7 ) Кодированная сигнализация 8B6T PAM-3 , кабель категории 3 (используемый для установок 10BASE-T) с использованием четырех витых пар. Ограничено полудуплексом. Устарело с 2003 г.
100BASE-T2 802.3г-1998 (32) 8P8C ( МЭК 60603-7 ) Кодированная сигнализация PAM-5, медный кабель CAT3 с двумя витыми парами, топология звезды. Поддерживает полнодуплексный режим. Функционально он эквивалентен 100BASE-TX, но поддерживает старый телефонный кабель. Однако для обработки требуемых схем кодирования требуются специальные сложные процессоры цифровых сигналов, что делает этот вариант довольно дорогим в то время. Он появился намного позже появления на рынке 100BASE-TX. 100BASE-T2 и 100BASE-T4 не получили широкого распространения, но некоторые технологии, разработанные для них, используются в 1000BASE-T . Устарело с 2003 г.
100BASE-T1 802.3bw-2015 (96) не указано Использует модуляцию PAM-3 со скоростью 66,7  МБод по одной двунаправленной витой паре длиной до 15 м; три бита кодируются как два троичных символа. Он предназначен для автомобильной промышленности.
100BaseVG 802.12–1994 8P8C Стандартизован другой подгруппой IEEE 802, 802.12, потому что он использовал другую, более централизованную форму доступа к среде ( приоритет спроса ). Предложено Hewlett-Packard . По своей сути полудуплексный, для этого требовалось четыре пары кабеля Cat-3. Устаревший стандарт был отменен в 2001 году.
Канал HDMI Ethernet HDMI 1.4 (2009 г.) HDMI HEC использует гибрид для смешивания и разделения сигналов передачи и приема 100BASE-TX по одной витой паре.
Волоконно-оптический кабель
100BASE ‑ FX 802.3u-1995 (24, 26) СТ, СК 4B5B Сигнализация с кодированием NRZI , две нити многомодового оптического волокна с использованием длины волны 1300 нм. Максимальная длина составляет 400 метров для полудуплексных соединений (чтобы гарантировать обнаружение коллизий) или 2 километра для полнодуплексных соединений. Спецификации в значительной степени заимствованы из FDDI .
100BASE ‑ SX ТИА- 785 (2000) СТ, СК 100 Мбит / с Ethernet по многомодовому оптоволокну. Максимальная длина 300 метров. В 100BASE-SX использовалась коротковолновая (850 нм) оптика, которую можно было использовать совместно с 10BASE-FL , что сделало возможной схему автосогласования с оптоволоконными адаптерами 10/100.
100BASE ‑ BX10 802.3ah-2004 (58, 66) ST, SC, LC Ethernet 100 Мбит / с в двух направлениях по одной нити одномодового оптического волокна . Оптический мультиплексор используется для разделения передаваемых и принимаемых сигналов на разные длины волн (1530 и 1310 нм), позволяя им использовать одно и то же волокно. Поддерживает расстояние до 10 км, только полнодуплексный режим.
100BASE-LX10 802.3ah-2004 (58) ST, SC, LC 100 Мбит / с Ethernet до 10 км по паре одномодовых волокон с использованием длины волны 1310, только полнодуплексный режим.

1 Гбит / с

Все варианты Gigabit Ethernet используют звездообразную топологию. Варианты 1000BASE-X используют кодировку 8b / 10b PCS. Первоначально полудуплексный режим был включен в стандарт, но с тех пор от него отказались. Очень немногие устройства поддерживают гигабитную скорость в полудуплексе.

Имя Стандарт (пункт) Общие разъемы Описание
Витая пара
1000BASE-T 802.3ab-1999 (40) 8P8C ( МЭК 60603-7 ) Кодированная сигнализация PAM-5 , по крайней мере кабель категории 5 , с категорией 5e настоятельно рекомендуется использовать медный кабель с четырьмя витыми парами. Каждая пара используется одновременно в обоих направлениях. Чрезвычайно широкое распространение.
1000BASE-T1 802.3bp-2016 (97) не указано Использует одиночную двунаправленную витую пару только в полнодуплексном режиме; кабели , рассчитанные на радиус действия 15 м ( автомобильный сегмент связи ) или 40 м ( дополнительный сегмент связи ), предназначенные для автомобильного и промышленного применения; он использует кодирование 80B / 81B в PCS, сигнализацию PAM-3 со скоростью 750 МБод (три бита, передаваемые как два троичных символа) и включает исправление ошибок Рида – Соломона .
1000BASE-TX ТИА-854 (2001 г.) 8P8C ( МЭК 60603-7 ) Требуется кабель категории 6 . Не реализовано, отозвано.
Опто-волоконный кабель
1000BASE-SX 802.3z-1998 (38) ST, SC, LC 8B10B Кодированная передача сигналов NRZ на несущей 850 нм, многомодовое волокно ближнего действия (до 550 м).
1000BASE-LX 802.3z-1998 (38) SC, LC 8B10B кодированная передача сигналов NRZ на несущей 1310 нм, многомодовом оптоволокне (до 550 м) или одномодовом оптоволокне длиной до 5 км; большинство текущих реализаций на самом деле 1000BASE-LX10 с радиусом действия 10 км
1000BASE-BX10 802.3ah-2004 (59) SC, LC до 10 км на носителях 1490 и 1310 нм; двунаправленный по одной нити одномодового волокна; часто называют просто 1000BASE-BX
1000BASE-LX10 802.3ah-2004 (59) SC, LC идентична 1000BASE-LX, но увеличена мощность и чувствительность до 10 км по паре одномодовых волокон; обычно назывался просто 1000BASE-LX или, до 802.3ah, 1000BASE-LH ; расширения для конкретных поставщиков существуют для охвата до 40 км
1000BASE ‑ PX10 ‑ D 802.3ah-2004 (60) SC, LC в нисходящем направлении (от головного до конечных) по одномодовому волокну с использованием топологии «точка-множество точек» (поддерживает не менее 10 км).
1000BASE ‑ PX10 ‑ U 802.3ah-2004 (60) восходящий поток (от хвостового конца к головному) по одномодовому волокну с использованием топологии «точка-множество точек» (поддерживает не менее 10 км).
1000BASE ‑ PX20 ‑ D 802.3ah-2004 (60) в нисходящем направлении (от головного до конечного) по одномодовому оптоволокну с использованием топологии «точка-множество точек» (поддерживает не менее 20 км).
1000BASE ‑ PX20 ‑ U 802.3ah-2004 (60) восходящий поток (от хвостового конца к головному) по одномодовому волокну с использованием топологии «точка-множество точек» (поддерживает не менее 20 км).
1000BASE-EX
1000BASE-ZX
мультивендор SC, LC до 40 или 100 км по одномодовому волокну на несущей 1550 нм
Другой
SFP INF-8074i (2001) SFP не полноценный PHY сам по себе, но очень популярен для добавления модульных трансиверов; однополосная, обычно 1,25 Гбит / с
1000BASE-CX 802.3z-1998 (39) DE-9 , FC стиль-2 / IEC 61076-3-103, CX4 / SFF-8470 8B10B Кодированная передача сигналов NRZ по экранированному симметричному медному кабелю длиной до 25 м (150 Ом). Предшествует 1000BASE-T и используется редко.
1000BASE ‑ KX 802.3ap-2007 (70) 1 м над объединительной платой
1000BASE-RHx 802.3bv-2017 (115) RHA: зажимное приспособление
RHB / RHC: не указано
1000BASE-RHA, -RHB, -RHC проходят по дуплексному пластиковому оптическому волокну (POF) длиной до 50, 40 и 15 м с использованием длины волны ~ 650 нм, кодирования 64b / 65b и символов PAM16 при 325 МБод; предназначены для домашнего, промышленного и автомобильного использования соответственно

2,5 и 5 Гбит / с

2.5GBASE-T и 5GBASE-T представляют собой уменьшенные варианты 10GBASE-T и обеспечивают больший радиус действия по сравнению с кабелями до Cat 6A . Эти физические уровни поддерживают только медную витую пару.

Имя Стандарт (пункт) Общие разъемы Описание
Витая пара
2.5GBASE-T 802.3bz-2016 (126) 8P8C - IEC 60603-7-4 (неэкранированный) или IEC 60603-7-5 (экранированный) 100 м кат. 5e
5GBASE-T 100 м кат.6
2.5GBASE-T1 802.3ч-2020 (149) использовать одиночную двунаправленную витую пару только в полнодуплексном режиме, предназначенную для автомобильных и промышленных приложений.
5GBASE-T1
Другой
2.5GBASE-KX 802.3cb-2018 (128) 2,5 Гбит / с через 1 м объединительной платы, масштабирование до 1000BASE-KX
5GBASE-KR 802.3cb-2018 (130) 5 Гбит / с через 1 м объединительной платы, уменьшенное масштабирование 10GBASE-KR

10 Гбит / с

10 Gigabit Ethernet - это версия Ethernet с номинальной скоростью передачи данных 10 Гбит / с, что в десять раз быстрее, чем Gigabit Ethernet. Первый стандарт 10 Gigabit Ethernet, IEEE Std 802.3ae-2002, был опубликован в 2002 году. Последующие стандарты охватывают типы носителей для одномодового волокна (дальняя связь), многомодового волокна (до 400 м), медной объединительной платы (до 1 м) и медной витой пары (до 100 м). Все 10-гигабитные стандарты были объединены в IEEE Std 802.3-2008. В большинстве 10-гигабитных вариантов используется код PCS 64/66 бит ( -R ). 10 Gigabit Ethernet, в частности 10GBASE-LR и 10GBASE-ER , занимает значительную долю рынка в операторских сетях.

Имя Стандарт (пункт) Общие разъемы Описание
Витая пара
10GBASE-T 802.3ан-2006 (55) 8P8C ( IEC 60603-7-4 (неэкранированный) или IEC 60603-7-5 (экранированный)) Используется витая пара категории 6A , четыре полосы по 800 МБод каждая, PAM -16 с линейным кодом DSQ128
10GBASE-T1 802.3ч-2020 (149) Использует одну двунаправленную витую пару только в полнодуплексном режиме, предназначенную для автомобильных и промышленных приложений.
Волоконно-оптический кабель
10GBASE-SR 802.3ae-2002 (49 и 52) SC, LC Разработанный для поддержки коротких расстояний по развернутым многомодовым оптоволоконным кабелям, он имеет диапазон от 26 м до 400 м в зависимости от типа кабеля ( модальная полоса пропускания : радиус действия : 160 МГц · км: 26 м, 200 МГц · км: 33 м, 400 МГц · км: 66 м, 500 МГц · км: 82 м, 2000 МГц · км: 300 м, 4700 МГц · км: 400 м) с использованием длины волны 850 нм
10GBASE-LX4 802.3ae-2002 (48 и 53) SC, LC Использует четыре полосы 8b / 10b с мультиплексированием с разделением по длине волны (1275, 1300, 1325 и 1350 нм) поверх развернутых / устаревших многомодовых кабелей для поддержки диапазонов от 240 м до 300 м (модальная полоса пропускания 400/500 МГц · км). Также поддерживает 10 км по одномодовому волокну.
10GBASE-LR 802.3ae-2002 (49 и 52) SC, LC Поддерживает 10 км по одномодовому волокну с длиной волны 1310 нм
10GBASE-ER 802.3ae-2002 (49 и 52) SC, LC Поддерживает 30 км по одномодовому волокну с использованием длины волны 1550 нм (40 км по инженерным каналам)
10GBASE-ZR Мультивендор SC, LC Предлагается различными поставщиками; поддерживает 80 км и более по одномодовому волокну с длиной волны 1550 нм
10GBASE-SW 802.3ae-2002 (50 и 52) Вариант 10GBASE-SR с 9,58464 Гбит / с, предназначенный для прямого отображения как потоки OC-192 / STM-64 SONET / SDH (длина волны 850 нм)
10GBASE-LW 802.3ae-2002 (50 и 52) Вариант 10GBASE-LR с 9,58464 Гбит / с, предназначенный для прямого отображения как потоки OC-192 / STM-64 SONET / SDH (длина волны 1310 нм)
10GBASE-EW 802.3ae-2002 (50 и 52) Вариант 10GBASE-ER с 9,58464 Гбит / с, предназначенный для прямого отображения как потоки OC-192 / STM-64 SONET / SDH (длина волны 1550 нм)
10GBASE-LRM 802.3aq-2006 (49 и 68) SC, LC До 220 м по развернутому многомодовому оптоволокну 500  МГц · км (длина волны 1310 нм)
10GBASE-BR Мультивендор SC, LC Предлагается различными поставщиками; двунаправленный по одной нити одномодового волокна на расстояние от 10 до 80 км, как правило, с использованием длин волн 1270 и 1330 нм; часто называют 10GBASE-BX или BiDi
Другой
10GBASE-CX4 802.3ak-2004 (48 и 54) CX4 / SFF-8470 / IEC 61076-3-113 Разработанный для поддержки коротких расстояний по медным кабелям, он использует разъемы InfiniBand 4x и твинаксиальные кабели CX4 и позволяет использовать кабель длиной до 15 м. Было указано в IEEE 802.3ak-2004, который был включен в IEEE 802.3-2008. Доставка практически прекратилась в пользу прямого подключения 10GBASE-T и SFP +.
10GBASE-KX4 802.3ap-2007 (48 и 71) 1 м на 4 полосы объединительной платы
10GBASE-KR 802.3ap-2007 (49 и 72) 1 м по одной полосе объединительной платы
10GPASS-XR 802.3bn-2016 (100–102) Протокол EPON по коаксиальному кабелю (EPoC) - до 10 Гбит / с в нисходящем направлении и 1,6 Гбит / с в восходящем направлении для пассивной оптической многоадресной сети с использованием полосы пропускания OFDM до 16384-QAM
SFP + прямое подключение SFF-8431 (2009 г.) SFP + До 7 м при использовании пассивных твинаксиальных кабелей , до 15 м при использовании активных кабелей или до 100 м при использовании активных оптических кабелей (AOC); однополосная, обычно 10,3125 Гбит / с

25 Гбит / с

Однополосный 25-гигабитный Ethernet основан на одной полосе 25,78125 ГБд из четырех из стандарта 100 Gigabit Ethernet, разработанного целевой группой P802.3by. 25GBASE-T по витой паре был одобрен вместе с 40GBASE-T в IEEE 802.3bq.

Имя Стандарт (пункт) Общие разъемы Описание
Витая пара
25GBASE-T 802.3bq-2016 (113) 8P8C ( IEC 60603-7-51 и IEC 60603-7-81 , 2000 МГц) Уменьшенная версия 40GBASE-T - до 30 м кабеля категории 8 или ISO / IEC TR 11801-9905 [B1]
Волоконно-оптический кабель
25GBASE-SR 802.3by-2016 (112) LC, SC 850 нм по многомодовой кабельной системе с радиусом действия 100 м (OM4) или 70 м (OM3)
25GBASE-LR 802.3cc-2017 (114) LC, SC 1310 нм по одномодовой кабельной системе с радиусом действия 10 км
25GBASE-ER 802.3cc-2017 (114) LC, SC 1550 нм по одномодовой кабельной системе с радиусом действия 30 км (40 км по инженерным каналам)
Другой
25GBASE-CR / CR-S 802.3by-2016 (110) SFP28 (SFF-8402 / SFF-8432) Кабель прямого подключения (DAC) по твинаксиальному кабелю с радиусом действия 3 м (-CR-S) и 5 ​​м (-CR-L)
25GBASE-KR / KR-S 802.3by-2016 (111) Для объединительной платы с печатной схемой, заимствованной из 100GBASE-KR4
SFP28 SFF-8402 (2014 г.) SFP28 Популярно для добавления модульных трансиверов

40 Гбит / с

Этот класс Ethernet был стандартизирован в июне 2010 года как IEEE 802.3ba. В работу также вошли первыеПоколение 100 Гбит / с , опубликовано в марте 2011 года как IEEE 802.3bg. АСтандарт для витой пары 40 Гбит / с был опубликован в 2016 году как IEEE 802.3bq-2016.

Имя Стандарт (пункт) Общие разъемы Описание
Витая пара
40GBASE-T 802.3bq-2016 (113) 8P8C ( IEC 60603-7-51 и IEC 60603-7-81 , 2000 МГц) Требуется кабель категории 8 , до30 м
Волоконно-оптический кабель
40GBASE-SR4 802.3ba-2010 (86) MPO Не менее 100 м на более 2000  МГц · км многомодовое волокно (OM3) не менее150 м на 4700  МГц · км многомодовое волокно (OM4)
40GBASE-LR4 802.3ba-2010 (87) SC, LC Не менее 10 км по одномодовому волокну, CWDM с 4 полосами с использованием 1270, 1290, 1310 иДлина волны 1330 нм
40GBASE-ER4 802.3ba-2010 (87) SC, LC Не менее 30 км по одномодовому волокну, CWDM с 4 полосами с использованием 1270, 1290, 1310 и Длина волны 1330 нм (40 км по инженерным каналам)
40GBASE-FR 802.3bg-2011 (89) SC, LC Однополосное, одномодовое волокно длиной более 2 км, Длина волны 1550 нм
Другой
40GBASE-KR4 802.3ba-2010 (84) Не менее 1 м над объединительной платой
40GBASE-CR4 802.3ba-2010 (85) QSFP + (SFF-8436) До 7 м по твинаксиальному медному кабелю (4 полосы, 10 Гбит / с каждая)

50 Гбит / с

Рабочая группа IEEE 802.3cd разработала 50 Гбит / с вместе со стандартами следующего поколения 100 и 200 Гбит / с с использованием линий 50 Гбит / с.

Имя Стандарт (пункт) Общие разъемы Описание
Волоконно-оптический кабель
50GBASE-SR 802.3cd-2018 (138) LC, SC 100 м по многомодовому оптоволокну OM4 с использованием PAM-4 на 26,5625 Гбит / с, 70 м по OM3
50GBASE-FR 802.3cd-2018 (139) LC, SC 2 км по одномодовому волокну с использованием PAM-4
50GBASE-LR 802.3cd-2018 (139) LC, SC 10 км по одномодовому волокну с использованием PAM-4
50GBASE-ER 802.3cd-2018 (139) LC, SC 30 км по одномодовому волокну с использованием PAM-4, 40 км по инженерным каналам
Другой
50GBASE-CR 802.3cd-2018 (136) SFP28, QSFP28, microQSFP, QSFP-DD, OSFP 3 м по твинаксиальному кабелю
50GBASE-KR 802.3cd-2018 (137) Объединительная плата с печатной схемой в соответствии с пунктом 124 802.3bs

100 Гбит / с

Первое поколение 100 Gigabit Ethernet с использованием линий 10 и 25 Gbit / s было стандартизировано в июне 2010 года как IEEE 802.3ba наряду с 40 Gigabit Ethernet. Второе поколение, использующее полосы 50 Гбит / с, было разработано рабочей группой IEEE 802.3cd вместе со стандартами 50 и 200 Гбит / с. Третье поколение, использующее одну полосу 100 Гбит / с, в настоящее время разрабатывается рабочей группой IEEE 802.3ck вместе с Ethernet 200 и 400 Гбит / с.

Имя Стандарт (пункт) Общие разъемы Описание
Волоконно-оптический кабель
100GBASE-SR10 802.3ba-2010 (86) MPO Не менее 100 м на многомодовом волокне 2000  МГц · км (OM3)
не менее 150 м на расстоянии 4700  МГц · км многомодовое волокно (OM4)
100GBASE-SR4 802.3бм-2015 (95) MPO 4 полосы, по крайней мере 70 м на 2000  МГц · км многомодовое волокно (OM3)
не менее 100 м на 4700  МГц · км многомодовое волокно (OM4)
100GBASE-SR2 802.3cd-2018 (138) MPO Две полосы 50 Гбит / с с использованием PAM-4 со скоростью 26,5625 Гбит / с по многомодовому оптоволокну OM4 с радиусом действия 100 м, 70 м по OM3, с использованием RS-FEC (544 514) (пункт 91)
100GBASE-LR4 802.3ba-2010 (88) SC, LC Не менее 10 км по одномодовому волокну, DWDM с 4 полосами с использованием длины волны 1296, 1300, 1305 и 1310 нм
100GBASE-ER4 802.3ba-2010 (88) SC, LC Не менее 30 км по одномодовому оптоволокну, DWDM с 4 полосами с использованием длин волн 1296, 1300, 1305 и 1310 нм (40 км по инженерным каналам)
100GBASE-DR 802.3cu-2021 (140) LC, SC Не менее 500 м над одномодовым волокном с использованием одной полосы, с использованием RS-FEC и PAM4 , длина волны 1310 нм
100GBASE-FR1 Не менее 2 км по одномодовому волокну с использованием одной полосы, с использованием RS-FEC и PAM4, длина волны 1310 нм
100GBASE-LR1 Не менее 10 км по одномодовому волокну с использованием одной полосы, с использованием RS-FEC и PAM4, длина волны 1310 нм
100GBASE-ZR 802.3ct-2021 (153 и 154) Не менее 80 км по одномодовому волокну с использованием одной длины волны в системе DWDM, что также является основой для 200GBASE-ZR и 400GBASE-ZR
Другой
100GBASE-CR10 802.3ba-2010 (85) CXP10 (SFF-8642) До 7 м по твинаксиальному медному кабелю (10 полос, 10 Гбит / с каждая)
100GBASE-CR4 802.3bj-2014 (92) QSFP28 4X (SFF-8665) До 5 м по твинаксиальному медному кабелю (4 полосы, 25 Гбит / с каждая)
100GBASE-CR2 802.3cd-2018 (136) QSFP28, microQSFP, QSFP-DD, OSFP Над твинаксиальным кабелем с радиусом действия 3 м (две полосы 50 Гбит / с) с использованием RS-FEC
100GBASE-CR 802.3ck ( подлежит уточнению ) Однополосный над двухосевой медью с радиусом действия не менее 2 м
100GBASE-KR4 802.3bj-2014 (93) Четыре полосы пропускания 25 Гбит / с через объединительную плату
100GBASE-KR2 802.3cd-2018 (137) Две полосы 50 Гбит / с через объединительную плату с печатной схемой, в соответствии с пунктом 124 802.3bs, с использованием RS-FEC
100GBASE-KR 802.3ck ( подлежит уточнению ) Однополосное соединение над электрическими объединительными платами, поддерживающее вносимые потери до 28 дБ при 26,5625 ГБд
100GBASE-KP4 802.3bj-2014 (94) Использование модуляции PAM4 на четырех полосах по 12,5 Гбод каждая через объединительную плату с использованием RS-FEC

200 Гбит / с

Первое поколение 200 Гбит / с было определено рабочей группой IEEE 802.3bs и стандартизировано в 802.3bs-2017. Рабочая группа IEEE 802.3cd разработала стандарты 50 и следующего поколения 100 и 200 Гбит / с с использованием одной, двух или четырех линий 50 Гбит / с соответственно. Следующее поколение, использующее линии 100 Гбит / с, в настоящее время разрабатывается Целевой группой IEEE 802.3ck вместе с физическими уровнями 100 и 400 Гбит / с и интерфейсами подключаемых модулей (AUI), использующими линии 100 Гбит / с.

Имя Стандарт (пункт) Общие разъемы Описание
Волоконно-оптический кабель
200GBASE-DR4 802.3bs-2017 (121) MPO Четыре полосы PAM-4 (26,5625 ГБд) с использованием отдельных прядей одномодового волокна с радиусом действия 500 м (1310 нм)
200GBASE-FR4 802.3bs-2017 (122) SC, LC Четыре полосы PAM-4 (26,5625 ГБд) с использованием четырех длин волн (CWDM) по одномодовому волокну с радиусом действия 2 км (1270/1290/1310/1330 нм)
200GBASE-LR4 802.3bs-2017 (122) SC, LC Четыре полосы PAM-4 (26,5625 ГБд) с использованием четырех длин волн (DWDM, 1296/1300/1305/1309 нм) по одномодовому волокну с радиусом действия 10 км
200GBASE-SR4 802.3cd-2018 (138) MPO Четыре полосы PAM-4 по 26,5625 ГБд каждая по многомодовому оптоволокну OM4 с радиусом действия 100 м, 70 м по OM3
200GBASE-ER4 802.3cn-2019 (122) Четыре полосы с использованием четырех длин волн (DWDM, 1296/1300/1305/1309 нм) по одномодовому волокну с радиусом действия 30 км, 40 км по инженерным каналам
Другой
200GBASE-CR4 802.3cd-2018 (136) QSFP28, microQSFP, QSFP-DD, OSFP Четырехполосный твинаксиальный кабель с радиусом действия 3 м
200GBASE-KR4 802.3cd-2018 (137) Четыре полосы по объединительной плате с печатной схемой, в соответствии с пунктом 124 802.3bs
200GBASE-KR2 802.3ck ( подлежит уточнению ) Две полосы над электрическими объединительными платами, поддерживающие вносимые потери до 28 дБ при 26,56 ГБд
200GBASE-CR2 Две полосы над двухосевой медью с радиусом действия не менее 2 м

400 Гбит / с

Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) определил новый стандарт Ethernet , способный 200 и 400 Гбит / с в IEEE 802.3bs-2017. Еще одной целью может быть 1 Тбит / с.

В мае 2018 года IEEE 802.3 запустил рабочую группу 802.3ck для разработки стандартов для PHY 100, 200 и 400 Гбит / с и интерфейсов подключаемых устройств (AUI) с использованием линий 100 Гбит / с.

В 2008 году Роберт Меткалф , один из соавторов Ethernet, сказал, что, по его мнению, коммерческие приложения, использующие Terabit Ethernet, могут появиться к 2015 году, хотя для этого могут потребоваться новые стандарты Ethernet. Было предсказано, что за этим быстро последует масштабирование до 100 Терабит, возможно, уже в 2020 году. Стоит отметить, что это были теоретические прогнозы технологических возможностей, а не оценки того, когда такие скорости действительно станут доступны по практической цене. .

Имя Стандарт (пункт) Общие разъемы Описание
Волоконно-оптический кабель
400GBASE-SR16 802.3bs-2017 (123) MPO Шестнадцать полос (26,5625 Гбит / с) с использованием отдельных прядей многомодового волокна OM4 / OM5 с радиусом действия 100 м или 70 м над OM3
400GBASE-DR4 802.3bs-2017 (124) MPO Четыре полосы PAM-4 (53,125 ГБд) с использованием отдельных прядей одномодового волокна с радиусом действия 500 м (1310 нм)
400GBASE-FR8 802.3bs-2017 (122) SC, LC Восемь полос PAM-4 (26,5625 ГБд) с использованием восьми длин волн (CWDM) по одномодовому оптоволокну с радиусом действия 2 км
400GBASE-LR8 802.3bs-2017 (122) SC, LC Восемь полос PAM-4 (26,5625 ГБд) с использованием восьми длин волн (DWDM) по одномодовому оптоволокну с радиусом действия 10 км
400GBASE-FR4 802.3cu-2021 (151) SC, LC Четыре полосы / длины волны (CWDM, 1271/1291/1311/1331 нм) по одномодовому волокну с радиусом действия 2 км, с использованием PAM4
400GBASE-LR4-6 Четыре полосы / длины волны (CWDM, 1271/1291/1311/1331 нм) по одномодовому волокну с радиусом действия 6 км, с использованием PAM4
400GBASE-SR8 802.3 см-2020 (138) SC, LC Восемь полос с использованием отдельных прядей многомодового волокна с радиусом действия 100 м
400GBASE-SR4.2 802,3 см-2020 (150) Восемь полос с использованием четырех многомодовых оптоволоконных пар и двух длин волн (850 и 910 нм) с радиусом действия 70/100/150 м для OM3 / OM4 / OM5 соответственно
400GBASE-ER8 802.3cn-2019 (122) SC, LC Восемь полос с использованием восьми длин волн по одномодовому волокну с радиусом действия 40 км
400GBASE-ZR 802.3cw (155 и 156) SC, LC Не менее 80 км по одномодовому волокну с использованием одной длины волны с 16QAM по системе DWDM
Другой
400GBASE-KR4 802.3ck ( подлежит уточнению ) Четыре полосы над электрическими объединительными платами, поддерживающие вносимые потери до 28 дБ при 26,56 Гбод
400GBASE-CR4 Четыре полосы над двухосевой медью с радиусом действия не менее 2 м

800 Гбит / с

Ethernet Technology Consortium (бывший 25 Gigabit Ethernet Consortium ) предложил PCS 800 Гбит / с Ethernet Variant на основе плотно комплектного 400GBASE-R в апреле 2020 года.

Имя Стандарт (пункт) Общие разъемы Описание
800GBASE-R По состоянию на апрель 2020 года подуровни PCS и PMA, похоже, определены с использованием восьми полос по 100 Гбит / с каждая и подключения к модулю приемопередатчика через интерфейс C2M или C2C, определенный в 802.3ck.

Первая миля

Для предоставления услуг доступа в Интернет напрямую от провайдеров для дома и малого бизнеса:

Имя Стандарт (пункт) Описание
10BaseS Проприетарный Ethernet через VDSL , используемый в продуктах Long Reach Ethernet ; использует полосу пропускания вместо указанной основной полосы
2BASE-TL 802.3ah-2004 (61 и 63) По телефонным проводам
10PASS-TS 802.3ah-2004 (61 и 62)
100BASE-LX10 802.3ah-2004 (58) Одномодовое оптоволокно
100BASE-BX10
1000BASE-LX10 802.3ah-2004 (59)
1000BASE-BX10
1000BASE-PX10 802.3ah-2004 (60) Пассивная оптическая сеть
1000BASE-PX20
10GBASE-PR
10 / 1GBASE-PRX
802.3av-2009 (75) Пассивная оптическая сеть 10 Гбит / с с восходящим каналом 1 или 10 Гбит / с на расстояние 10 или 20 км

Подслои

Начиная с Fast Ethernet, спецификации физического уровня разделены на три подуровня для упрощения проектирования и взаимодействия:

  • PCS ( Physical Coding Sublayer ) - этот подуровень выполняет автосогласование и базовое кодирование, такое как 8b / 10b, разделение дорожек и рекомбинация. Для Ethernet скорость передачи в верхней части PCS - это номинальная скорость передачи данных , например 10 Мбит / с для классического Ethernet или 1000 Мбит / с для Gigabit Ethernet.
  • PMA ( Подуровень присоединения физического носителя ) - этот подуровень выполняет формирование кадров PMA, синхронизацию / обнаружение октетов и полиномиальное скремблирование / дескремблирование.
  • PMD ( подуровень, зависящий от физической среды ) - этот подуровень состоит из приемопередатчика для физической среды.

Витая пара

Несколько разновидностей Ethernet были специально разработаны для работы по 4-парным медным структурированным кабелям, уже установленным во многих местах.

В отличие от 10BASE-T и 100BASE-TX, 1000BASE-T и выше используют все четыре пары кабелей для одновременной передачи в обоих направлениях за счет использования эхоподавления .

Использование двухточечных медных кабелей дает возможность передавать вместе с данными малую электрическую мощность. Это называется Power over Ethernet, и существует несколько дополнительных стандартов IEEE 802.3. Комбинация 10BASE-T (или 100BASE-TX) с режимом A позволяет концентратору или коммутатору передавать как мощность, так и данные только по двум парам. Это было сделано для того, чтобы две другие пары оставались свободными для аналоговых телефонных сигналов. Контакты, используемые в режиме B, подают питание по запасным парам, не используемым 10BASE-T и 100BASE-TX. 4PPoE, определенный в IEEE 802.3bt, может использовать все четыре пары для обеспечения до 100 Вт.

Проводка 8P8C ( MDI )
Штырь Пара Цвет телефон 10BASE-T
100BASE-TX
1000BASE-T и
выше
PoE режим A PoE режим B
1 3 Пара 3 Провод 1 белый / зеленый TX + BI_DA + 48 В на выходе
2 3 Пара 3 Провод 2 зеленый TX- BI_DA– 48 В на выходе
3 2 Пара 2 Провод 1 белый / оранжевый RX + BI_DB + 48 В возврат
4 1 Пара 1 Провод 2 синий звенеть неиспользованный BI_DC + 48 В на выходе
5 1 Пара 1 Провод 1 белый / синий кончик неиспользованный BI_DC– 48 В на выходе
6 2 Пара 2 Провод 2 апельсин RX− BI_DB– 48 В возврат
7 4 Пара 4 Провод 1 белый / коричневый неиспользованный BI_DD + 48 В возврат
8 4 Пара 4 Провод 2 коричневый неиспользованный BI_DD– 48 В возврат

Требования к кабелю зависят от скорости передачи и используемого метода кодирования. Как правило, для более высоких скоростей требуются как кабели более высокого качества, так и более сложное кодирование.

Сравнение технологий Ethernet на основе витой пары

Минимальная длина кабеля

Волоконно-оптические соединения имеют минимальную длину кабеля из-за требований к уровню принимаемых сигналов. Для оптоволоконных портов, предназначенных для работы на больших длинах волн, требуется аттенюатор сигнала, если они используются в здании.

Для установок 10BASE2, работающих на коаксиальном кабеле RG-58, требуется минимум 0,5 м между станциями, подключенными к сетевому кабелю, это необходимо для минимизации отражений.

В установках 10BASE-T, 100BASE-T и 1000BASE-T, использующих витую пару, используется топология звезды . Для этих сетей не требуется минимальной длины кабеля.

Связанные стандарты

Некоторые сетевые стандарты не являются частью стандарта IEEE 802.3 Ethernet, но поддерживают формат кадра Ethernet и могут взаимодействовать с ним.

  • LattisNet - предварительный стандарт SynOptics для витой пары со скоростью 10 Мбит / с.
  • 100BaseVG - один из первых претендентов на Ethernet 100 Мбит / с. Он работает по кабелю категории 3. Использует четыре пары. Коммерческий провал.
  • TIA 100BASE-SX - поддерживается Ассоциацией телекоммуникационной индустрии . 100BASE-SX - это альтернативная реализация Ethernet 100 Мбит / с по оптоволокну; он несовместим с официальным стандартом 100BASE-FX. Его главная особенность - совместимость с 10BASE-FL , поддержка автосогласования между 10 Мбит / с и 100 Мбит / с - функция, отсутствующая в официальных стандартах из-за использования светодиодов разной длины волны. Он рассчитан на установленную базу волоконно-оптических сетей со скоростью 10 Мбит / с.
  • TIA 1000BASE-TX - предложенный Ассоциацией телекоммуникационной промышленности , это был коммерческий сбой, и никаких продуктов не существует. 1000BASE-TX использует более простой протокол, чем официальный стандарт 1000BASE-T, поэтому электроника может быть дешевле, но требует кабелей категории 6 .
  • G.hn - стандарт, разработанный ITU-T и продвигаемый HomeGrid Forum для высокоскоростных (до 1 Гбит / с) локальных сетей по существующей домашней проводке ( коаксиальные кабели , линии электропередач и телефонные линии). G.hn определяет уровень конвергенции прикладных протоколов (APC), который принимает кадры Ethernet и инкапсулирует их в MSDU G.hn.

Другие сетевые стандарты не используют формат кадра Ethernet, но все же могут быть подключены к Ethernet с использованием моста на основе MAC.

Другие специализированные физические уровни включают Avionics Full-Duplex Switched Ethernet и TTEthernet - Ethernet с синхронизацией по времени для встроенных систем.

использованная литература

внешние ссылки