Введение

Стандарт для сетей Ethernet со скоростью передачи данных 1 гигабит в секунду.

В компьютерных сетях Гигабитный Ethernet (GbE или 1 GigE) – это термин, используемый для обозначения передачи Ethernet-кадров со скоростью 1 гигабит в секунду. Наиболее распространенный вариант, 1000BASE-T, определен стандартом IEEE 802.3ab. Он получил распространение в 1999 году и заменил Fast Ethernet в проводных локальных сетях благодаря значительному увеличению скорости по сравнению с Fast Ethernet, а также использованию широко доступных, экономичных кабелей и оборудования, совместимых с предыдущими стандартами. Первый стандарт для более быстрой сети 10 Gigabit Ethernet был утвержден в 2002 году.

История

Ethernet был результатом исследований, проведенных в Xerox PARC в начале 1970-х годов, и впоследствии стал широко распространенным протоколом физического и канального уровня. Fast Ethernet увеличил скорость с 10 до 100 мегабит в секунду (Мбит/с). Gigabit Ethernet стал следующим этапом развития, увеличив скорость до 1000 Мбит/с. Первоначальный стандарт для Gigabit Ethernet был разработан IEEE в июне 1998 года под названием IEEE 802.3z и требовал использования оптического волокна. 802.3z обычно называют 1000BASE X, где X обозначает CX, SX, LX или (нестандартный) ZX. (Подробности об истории обозначения "X" см. в статье). IEEE 802.3ab, утвержденный в 1999 году, определяет передачу Gigabit Ethernet по кабелям неэкранированной витой пары (UTP) категории 5, 5e или 6 и стал известен как 1000BASE T. После утверждения 802.3ab Gigabit Ethernet стал технологией для настольных компьютеров, поскольку организации могли использовать существующую инфраструктуру медных кабелей. IEEE 802.3ah, утвержденный в 2004 году, добавил еще два стандарта для волоконно-оптических линий GbE: 1000BASE LX10 (который уже широко использовался в качестве расширения, разработанного конкретным поставщиком) и 1000BASE BX10. Это входило в состав более широкой группы протоколов, известных как Ethernet in the First Mile. Первоначально Gigabit Ethernet развертывался в высокопроизводительных магистральных сетевых соединениях (например, в высокопроизводительной сети кампуса). В 2000 и 2001 годах Power Mac G4 и PowerBook G4 от Apple стали первыми массово производимыми персональными компьютерами, оснащенными подключением 1000BASE T. Вскоре он стал стандартной функцией во многих других компьютерах. Полудуплексные GbE-соединения, подключенные через повторительные концентраторы, входили в спецификацию IEEE, но эта спецификация больше не обновляется, и используется исключительно полнодуплексный режим работы с коммутаторами.

Сорты

Существует пять стандартов физического уровня для гигабитного Ethernet, использующих оптическое волокно (1000BASE X), кабель витой пары (1000BASE T) или экранированный сбалансированный медный кабель (1000BASE CX). Стандарт IEEE 802.3z включает 1000BASE SX для передачи по многомодовому волокну, 1000BASE LX для передачи по одномодовому волокну и практически устаревший 1000BASE CX для передачи по экранированной сбалансированной медной кабельной линии. Эти стандарты используют кодирование 8b/10b, которое увеличивает скорость передачи данных на 25%, с 1000 Мбит/с до 1250 Мбит/с, для обеспечения баланса постоянного тока и возможности восстановления тактовой частоты. Затем символы передаются с использованием NRZ. Оптические приемопередатчики чаще всего реализуются в виде сменных модулей в форм-факторе SFP или GBIC на более старых устройствах. IEEE 802.3ab, определяющий широко используемый тип интерфейса 1000BASE T, использует другую схему кодирования для поддержания минимально возможной скорости символов, что позволяет передачу по витой паре. IEEE 802.3ap определяет работу Ethernet через электрические монтажные платы на различных скоростях. Технология Ethernet в Первой Миле позднее добавила стандарты 1000BASE LX10 и BX10.

Медь

+Сравнение физических транспортных слоев Ethernet на основе витой пары (TP PHY)
Название Стандарт Статус Скорость (Мбит/с) Необходимое количество пар Полосы на направление (в одном направлении) Биты на герц Код линии Скорость символов на полосу (Мбод) Пропускная способность (МГц) Максимальное расстояние (м) Кабель (минимально требуемый) Категория кабеля (МГц) Применение
1000BASE-T 802.3ab 1999 (CL40) 1000 4 4 4 TCM 4D PAM 5 125 62.5 100 Cat 5 100 LAN
1000BASE T1 802.3bp 2016 1000 1 1 2.6 PAM 3 80B/81B RS FEC 750 375 40 Cat 6A 500 Автомобильная промышленность, IoT, M2M
[[Gigabit Ethernet#1000BASE TX TIA/EIA 854 (2001) 1000 4 2 4 PAM 5 250 125 100 Cat 6 250

1000BASE-T1

IEEE 802.3 стандартизировал 1000BASE-T1 в IEEE Std 802.3bp в 2016 году. Он определяет Gigabit Ethernet по одной витой паре для автомобильных и промышленных применений. Стандарт включает спецификации кабелей для дальности действия 15 метров (тип А) или 40 метров (тип В). Передача данных осуществляется с использованием PAM3 со скоростью 750 Мбод.

1000BASE-TX

Ассоциация телекоммуникационной промышленности (TIA) разработала и продвигала стандарт, аналогичный 1000BASE-T, который было проще реализовать, назвав его 1000BASE-TX (TIA/EIA 854). Упрощенная конструкция, теоретически, должна была снизить стоимость необходимой электроники за счет использования только четырех однонаправленных пар (две пары TX и две пары RX) вместо четырех двунаправленных. Однако это решение оказалось коммерчески неудачным, вероятно, из-за необходимости использования кабеля категории 6 и быстрого снижения стоимости продуктов 1000BASE-T.

1000BASE-CX

802.3z 1998 CL39 стандартизовал 1000BASE CX – это первый стандарт для соединений Gigabit Ethernet с максимальной дальностью 25 метров, использующий сбалансированную экранированную витую пару и разъемы DE 9 или 8P8C (с распиновкой, отличной от 1000BASE T). Небольшая длина сегмента обусловлена очень высокой скоростью передачи сигнала. Несмотря на то, что он все еще применяется в специфических областях, где прокладку кабелей выполняют ИТ-специалисты, например, в IBM BladeCenter для Ethernet-соединений между серверными модулями и коммутационными модулями, для общего использования медных кабелей его вытеснил 1000BASE T.

1000BASE-KX

802.3ap 2007 CL70 стандартизированный 1000BASE KX является частью стандарта IEEE 802.3ap, определяющего работу Ethernet по электрическим обратным шинам. Этот стандарт определяет от одной до четырех полос связи на обратной шине, одну RX и одну TX дифференциальную пару на каждую полосу, с пропускной способностью 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 Гбод.

1000BASE-LX

1000BASE LX — это стандарт Gigabit Ethernet на оптическом волокне, определенный в IEEE 802.3, пункт 38, который использует лазер с длинной волной (1270–1355 нм) и максимальную среднеквадратичную спектральную ширину 4 нм. 1000BASE LX рассчитан на работу на расстоянии до 5 км по одномодовому волокну с диаметром сердцевины 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 переходника для оптимизации запуска. Он запускает лазер с точным смещением от центра волокна, что приводит к его распространению по диаметру сердцевины волокна, уменьшая эффект, известный как дифференциальная модовая задержка, который возникает, когда лазер связывается только с небольшим количеством доступных мод в многомодовом волокне.

1000BASE-LX10

1000BASE LX10 был стандартизирован спустя шесть лет после появления первых гигабитных версий для оптоволокна в рамках рабочей группы Ethernet First Mile. Он практически идентичен 1000BASE LX, но обеспечивает большую дальность передачи – до 10 км по паре одномодовых волокон – благодаря оптике более высокого качества. До стандартизации 1000BASE LX10 уже широко использовался многими поставщиками как проприетарное расширение под названиями 1000BASE LX/LH или 1000BASE LH.

1000BASE-EX

1000BASE EX – это нестандартный, но общепринятый в отрасли термин для обозначения передачи данных Gigabit Ethernet. Он очень похож на 1000BASE LX10, но обеспечивает большую дальность передачи – до 40 км по паре одномодовых волокон благодаря более качественной оптике по сравнению с LX10, работающей 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 обозначений LX(10), LH, EX и ZX является неоднозначным у разных производителей. 1000BASE ZX – это очень похожий нестандартный вариант с увеличенной дальностью, использующий оптику с длиной волны 1550 нм.

1000BASE-BX10

1000BASE BX10 обеспечивает передачу данных на расстояние до 10 км по одной нити одномодового волокна, используя разные длины волн для каждого направления. Устройства на концах волокна не идентичны: устройство, передающее данные вниз по потоку (от центра сети к периферии), использует длину волны 1490 нм, а устройство, передающее данные вверх по потоку, – длину волны 1310 нм. Это достигается за счет использования пассивной разделительной призмы внутри каждого трансивера. Другие, нестандартные, более мощные одноволоконные оптические решения, обычно известные как "BiDi" (двунаправленные), используют пары длин волн в диапазоне 1490/1550 нм и способны обеспечивать связь на расстояния 20, 40 и 80 км или более, в зависимости от стоимости модуля, потерь в волоконно-оптической линии, количества сварных соединений, разъемов и патч-панелей. Для передачи на очень большие расстояния в оптике BiDi могут использоваться пары длин волн 1510/1590 нм.

1000BASE-ZX

1000BASE ZX – это нестандартный, но используемый многими производителями термин для обозначения передачи Gigabit Ethernet на длине волны 1550 нм, позволяющей достигать расстояний не менее чем по одномодовому волокну. Некоторые производители указывают расстояния до по одномодовому волокну, что иногда называют 1000BASE EZX. Дальность действия более 80 км сильно зависит от потерь сигнала в используемом волокне, в частности от коэффициента затухания в дБ на километр, количества и качества разъемов, патч-панелей и сварных соединений между приемопередатчиками.

1000BASE-CWDM

1000BASE CWDM — это нестандартный, но общепринятый в отрасли термин. CWDM примерно в 5-10 раз дороже, чем традиционные трансиверы LX/LZ, если у вас уже проложена оптоволоконная линия.