Введение
Физические уровни Ethernet с использованием кабелей скрученной пары
Ethernet over twisted pair technologies use twisted pair cables for the physical layer of an Ethernet computer network. They are a subset of all Ethernet physical layers. Early Ethernet used various grades of coaxial cable, but in 1984, StarLAN showed the potential of simple unshielded twisted pair. This led to the development of 10BASE T and its successors 100BASE TX, 1000BASE T, 10GBASE T and 40GBASE T, supporting speeds of 10 and 100 megabit per second, then 1, 10 and 40 gigabit per second respectively. Two new variants of 10 megabit per second Ethernet over a single twisted pair, known as 10BASE T1S and 10BASE T1L, were standardized in IEEE Std 802.3cg 2019. 10BASE T1S has its origins in the automotive industry and may be useful in other short distance applications where substantial electrical noise is present. 10BASE T1L is a long distance Ethernet, supporting connections up to 1 km in length. Both of these standards are finding applications implementing the Internet of things. 10BASE T1S is a direct competitor of CAN XL in the automotive space and includes a PHY Level Collision Avoidance scheme (PLCA). The earlier standards use 8P8C modular connectors, and supported cable standards range from Category 3 to Category 8. These cables typically have four pairs of wires for each connection, although early Ethernet used only two of the pairs. Unlike the earlier T standards, the T1 interfaces were designed to operate over a single pair of conductors and introduce the use of two new connectors referred to as IEC 63171 1 The StarLAN 10 signaling was used as the basis of 10BASE T, with the addition of link beat to quickly indicate connection status. Using twisted pair cabling in a star topology addressed several weaknesses of the previous Ethernet standards:
Twisted pair cables were already in use for telephone service and were already present in many office buildings, lowering the overall cost of deployment
The centralized star topology was also already often in use for telephone service cabling, as opposed to the bus topology required by earlier Ethernet standards
Using point to point links was less prone to failure and greatly simplified troubleshooting compared to a shared bus
Exchanging cheap repeater hubs for more advanced switching hubs provided a viable upgrade path
Mixing different speeds in a single network became possible with the arrival of Fast Ethernet
Depending on cable grades, subsequent upgrading to Gigabit Ethernet or faster could be accomplished by replacing the network switches
Although 10BASE T is rarely used as a normal operation signaling rate today, it is still in wide use with network interface controllers in wake on LAN power down mode and for special, low power, low bandwidth applications. 10BASE T is still supported on most twisted pair Ethernet ports with up to Gigabit Ethernet speed.
Технологии Ethernet, использующие кабели скрученной пары, применяют кабели скрученной пары для физического уровня компьютерной сети Ethernet. Они являются подмножеством всех физических уровней Ethernet. Ранние реализации Ethernet использовали различные типы коаксиальных кабелей, но в 1984 году StarLAN продемонстрировал потенциал простой неэкранированной скрученной 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. Два новых варианта Ethernet со скоростью 10 мегабит в секунду, работающих по одной скрученной паре, известные как 10BASE T1S и 10BASE T1L, были стандартизованы в IEEE Std 802.3cg в 2019 году. 10BASE T1S берет свое начало в автомобильной промышленности и может быть полезен в других приложениях на короткие расстояния, где присутствует значительный уровень электрических помех. 10BASE T1L – это Ethernet для больших расстояний, поддерживающий соединения длиной до 1 км. Оба этих стандарта находят применение при реализации Интернета вещей. 10BASE T1S является прямым конкурентом CAN XL в автомобильном сегменте и включает в себя схему предотвращения коллизий на уровне физического уровня (PLCA). В более ранних стандартах использовались 8P8C модульные разъемы, а поддерживаемые стандарты кабелей варьируются от категории 3 до категории 8. Эти кабели обычно содержат четыре пары проводов для каждого соединения, хотя ранний Ethernet использовал только две пары. В отличие от предыдущих стандартов T, интерфейсы T1 были разработаны для работы по одной паре проводников и вводят использование двух новых разъемов, определенных в IEC 63171. Сигнализация StarLAN 10 была использована в качестве основы для 10BASE T, с добавлением бита связи для быстрой индикации статуса соединения. Использование кабелей скрученной пары в топологии «звезда» позволило устранить несколько недостатков предыдущих стандартов Ethernet:
Ethernet over twisted pair technologies use twisted pair cables for the physical layer of an Ethernet computer network. They are a subset of all Ethernet physical layers. Early Ethernet used various grades of coaxial cable, but in 1984, StarLAN showed the potential of simple unshielded twisted pair. This led to the development of 10BASE T and its successors 100BASE TX, 1000BASE T, 10GBASE T and 40GBASE T, supporting speeds of 10 and 100 megabit per second, then 1, 10 and 40 gigabit per second respectively. Two new variants of 10 megabit per second Ethernet over a single twisted pair, known as 10BASE T1S and 10BASE T1L, were standardized in IEEE Std 802.3cg 2019. 10BASE T1S has its origins in the automotive industry and may be useful in other short distance applications where substantial electrical noise is present. 10BASE T1L is a long distance Ethernet, supporting connections up to 1 km in length. Both of these standards are finding applications implementing the Internet of things. 10BASE T1S is a direct competitor of CAN XL in the automotive space and includes a PHY Level Collision Avoidance scheme (PLCA). The earlier standards use 8P8C modular connectors, and supported cable standards range from Category 3 to Category 8. These cables typically have four pairs of wires for each connection, although early Ethernet used only two of the pairs. Unlike the earlier T standards, the T1 interfaces were designed to operate over a single pair of conductors and introduce the use of two new connectors referred to as IEC 63171 1 The StarLAN 10 signaling was used as the basis of 10BASE T, with the addition of link beat to quickly indicate connection status. Using twisted pair cabling in a star topology addressed several weaknesses of the previous Ethernet standards:
Twisted pair cables were already in use for telephone service and were already present in many office buildings, lowering the overall cost of deployment
The centralized star topology was also already often in use for telephone service cabling, as opposed to the bus topology required by earlier Ethernet standards
Using point to point links was less prone to failure and greatly simplified troubleshooting compared to a shared bus
Exchanging cheap repeater hubs for more advanced switching hubs provided a viable upgrade path
Mixing different speeds in a single network became possible with the arrival of Fast Ethernet
Depending on cable grades, subsequent upgrading to Gigabit Ethernet or faster could be accomplished by replacing the network switches
Although 10BASE T is rarely used as a normal operation signaling rate today, it is still in wide use with network interface controllers in wake on LAN power down mode and for special, low power, low bandwidth applications. 10BASE T is still supported on most twisted pair Ethernet ports with up to Gigabit Ethernet speed.
Кабели скрученной пары уже использовались для телефонной связи и присутствовали во многих офисных зданиях, что снижало общую стоимость развертывания.
Централизованная топология «звезда» также часто использовалась для телефонной кабельной инфраструктуры, в отличие от шинной топологии, необходимой более ранними стандартами Ethernet.
Использование соединений «точка-точка» было менее подвержено сбоям и значительно упрощало поиск и устранение неисправностей по сравнению с общей шиной.
Замена недорогих повторителей на более продвинутые коммутаторы обеспечивала возможность модернизации.
С появлением Fast Ethernet стала возможной работа с разными скоростями в одной сети.
В зависимости от категории кабеля последующая модернизация до Gigabit Ethernet или выше могла быть выполнена путем замены сетевых коммутаторов.
Ethernet over twisted pair technologies use twisted pair cables for the physical layer of an Ethernet computer network. They are a subset of all Ethernet physical layers. Early Ethernet used various grades of coaxial cable, but in 1984, StarLAN showed the potential of simple unshielded twisted pair. This led to the development of 10BASE T and its successors 100BASE TX, 1000BASE T, 10GBASE T and 40GBASE T, supporting speeds of 10 and 100 megabit per second, then 1, 10 and 40 gigabit per second respectively. Two new variants of 10 megabit per second Ethernet over a single twisted pair, known as 10BASE T1S and 10BASE T1L, were standardized in IEEE Std 802.3cg 2019. 10BASE T1S has its origins in the automotive industry and may be useful in other short distance applications where substantial electrical noise is present. 10BASE T1L is a long distance Ethernet, supporting connections up to 1 km in length. Both of these standards are finding applications implementing the Internet of things. 10BASE T1S is a direct competitor of CAN XL in the automotive space and includes a PHY Level Collision Avoidance scheme (PLCA). The earlier standards use 8P8C modular connectors, and supported cable standards range from Category 3 to Category 8. These cables typically have four pairs of wires for each connection, although early Ethernet used only two of the pairs. Unlike the earlier T standards, the T1 interfaces were designed to operate over a single pair of conductors and introduce the use of two new connectors referred to as IEC 63171 1 The StarLAN 10 signaling was used as the basis of 10BASE T, with the addition of link beat to quickly indicate connection status. Using twisted pair cabling in a star topology addressed several weaknesses of the previous Ethernet standards:
Twisted pair cables were already in use for telephone service and were already present in many office buildings, lowering the overall cost of deployment
The centralized star topology was also already often in use for telephone service cabling, as opposed to the bus topology required by earlier Ethernet standards
Using point to point links was less prone to failure and greatly simplified troubleshooting compared to a shared bus
Exchanging cheap repeater hubs for more advanced switching hubs provided a viable upgrade path
Mixing different speeds in a single network became possible with the arrival of Fast Ethernet
Depending on cable grades, subsequent upgrading to Gigabit Ethernet or faster could be accomplished by replacing the network switches
Although 10BASE T is rarely used as a normal operation signaling rate today, it is still in wide use with network interface controllers in wake on LAN power down mode and for special, low power, low bandwidth applications. 10BASE T is still supported on most twisted pair Ethernet ports with up to Gigabit Ethernet speed.
Хотя 10BASE T редко используется в качестве основной скорости передачи данных в настоящее время, он по-прежнему широко используется в сетевых контроллерах в режиме ожидания Wake-on-LAN и для специальных приложений, требующих низкой мощности и низкой пропускной способности. 10BASE T по-прежнему поддерживается на большинстве портов Ethernet с витой парой со скоростью до Gigabit Ethernet.
Ethernet over twisted pair technologies use twisted pair cables for the physical layer of an Ethernet computer network. They are a subset of all Ethernet physical layers. Early Ethernet used various grades of coaxial cable, but in 1984, StarLAN showed the potential of simple unshielded twisted pair. This led to the development of 10BASE T and its successors 100BASE TX, 1000BASE T, 10GBASE T and 40GBASE T, supporting speeds of 10 and 100 megabit per second, then 1, 10 and 40 gigabit per second respectively. Two new variants of 10 megabit per second Ethernet over a single twisted pair, known as 10BASE T1S and 10BASE T1L, were standardized in IEEE Std 802.3cg 2019. 10BASE T1S has its origins in the automotive industry and may be useful in other short distance applications where substantial electrical noise is present. 10BASE T1L is a long distance Ethernet, supporting connections up to 1 km in length. Both of these standards are finding applications implementing the Internet of things. 10BASE T1S is a direct competitor of CAN XL in the automotive space and includes a PHY Level Collision Avoidance scheme (PLCA). The earlier standards use 8P8C modular connectors, and supported cable standards range from Category 3 to Category 8. These cables typically have four pairs of wires for each connection, although early Ethernet used only two of the pairs. Unlike the earlier T standards, the T1 interfaces were designed to operate over a single pair of conductors and introduce the use of two new connectors referred to as IEC 63171 1 The StarLAN 10 signaling was used as the basis of 10BASE T, with the addition of link beat to quickly indicate connection status. Using twisted pair cabling in a star topology addressed several weaknesses of the previous Ethernet standards:
Twisted pair cables were already in use for telephone service and were already present in many office buildings, lowering the overall cost of deployment
The centralized star topology was also already often in use for telephone service cabling, as opposed to the bus topology required by earlier Ethernet standards
Using point to point links was less prone to failure and greatly simplified troubleshooting compared to a shared bus
Exchanging cheap repeater hubs for more advanced switching hubs provided a viable upgrade path
Mixing different speeds in a single network became possible with the arrival of Fast Ethernet
Depending on cable grades, subsequent upgrading to Gigabit Ethernet or faster could be accomplished by replacing the network switches
Although 10BASE T is rarely used as a normal operation signaling rate today, it is still in wide use with network interface controllers in wake on LAN power down mode and for special, low power, low bandwidth applications. 10BASE T is still supported on most twisted pair Ethernet ports with up to Gigabit Ethernet speed.
Именование
Общие названия стандартов происходят от характеристик физической среды передачи данных. Ведущее число (10 в 10BASE-T) указывает на скорость передачи данных в Мбит/с. BASE означает использование передачи в базовой полосе. Буква T обозначает кабель с витой парой. Если для одной и той же скорости передачи существует несколько стандартов, они различаются буквой или цифрой, следующей за T, например, TX или T4, что указывает на метод кодирования и количество линий передачи.
Общий кабель
Для работы 10BASE T и 100BASE TX требуются только две пары (пины 1–2, 3–6). Поскольку обычный кабель категории 5 имеет четыре пары, можно использовать запасные пары (пины 4–5, 7–8) в конфигурациях 10 и 100 Мбит/с для других целей. Запасные пары могут использоваться для питания через Ethernet (PoE), для двух линий обычной телефонной связи (POTS) или для второго соединения 10BASE T или 100BASE TX. На практике необходимо проявлять особую осторожность при разделении этих пар, поскольку оборудование Ethernet 10/100 Мбит/с электрически замыкает неиспользуемые пины ("Bob Smith Termination"). Использование общего кабеля невозможно для Gigabit Ethernet, так как 1000BASE T требует все четыре пары для работы.
Однопарные
В дополнение к более ориентированным на компьютер вариантам с двумя и четырьмя парами, физические уровни 10BASE T1, 100BASE T1 и 1000BASE T1 однопарного Ethernet (SPE) предназначены для промышленных и автомобильных приложений или в качестве дополнительных каналов передачи данных в других областях применения межсоединений. Расстояния, на которых однопарная линия работает в режиме полной дуплексной связи, зависят от скорости: 1000 м (1 км) при использовании 802.3cg 2019 10BASE T1L; с 100BASE T1 (тип сегмента линии A); до использования 1000BASE T1 с типом сегмента линии B, допускающим до четырех последовательных разъемов. Оба физических уровня требуют сбалансированную витую пару с импедансом 100 Ом. Кабель должен обеспечивать передачу сигнала частотой 600 МГц для 1000BASE T1 и 66 МГц для 100BASE T1. Скорости 2,5 Гбит/с, 5 Гбит/с и 10 Гбит/с на расстоянии 15 м на одной паре стандартизованы в 802.3ch 2020. В июне 2023 года 802.3cy добавил скорости 25 Гбит/с на длинах до 11 м. Аналогично PoE, Power over Data Lines (PoDL) может обеспечивать устройство мощностью до 50 Вт.
Similar to PoE, Power over Data Lines (PoDL) can provide up to 50 W to a device.
Коннекторы
Модульный разъем 8P8C: для стационарного использования в контролируемых средах, от домов до центров обработки данных, это доминирующий разъем. Его хрупкая защелка ограничивает его пригодность и долговечность. Для этого формата разъема определены полосы пропускания, поддерживающие кабели категории 8. M12X: это разъем M12, предназначенный для Ethernet, стандартизированный как IEC 61076 2 109. Это 12-мм металлический винт, в котором размещены 4 экранированные пары контактов. Номинальная полоса пропускания составляет 500 МГц (категория 6A). Семейство соединителей используется в химически и механически сложных условиях, таких как автоматизация производства и транспорт. Его размер аналогичен модульному разъему. ix Industrial: более высокие скоростные стандарты, от 2.5GBASE-T до 40GBASE-T, работающие на скорости от 2,5 до 40 Гбит/с, соответственно, определяют только соединения типа «точка-точка» в полном дуплексе, которые обычно подключаются к сетевым коммутаторам и не поддерживают традиционную работу со средой общего доступа CSMA/CD. Существует множество различных режимов работы (10BASE-T полудуплекс, 10BASE-T полный дуплекс, 100BASE-TX полудуплекс и т.д.) для Ethernet через витую пару, и большинство сетевых адаптеров поддерживают различные режимы работы. Для установления рабочего соединения 1000BASE-T требуется автосогласование. Если два связанных интерфейса настроены на разные режимы дуплекса, эффект этого несоответствия дуплекса заключается в том, что сеть работает значительно медленнее своей номинальной скорости. Несоответствие дуплекса может быть вызвано непреднамеренно, когда администратор настраивает интерфейс в фиксированном режиме (например, 100 Мбит/с полный дуплекс) и не настраивает удаленный интерфейс, оставляя его в режиме автосогласования. В этом случае, если процесс автосогласования не удается, сторона связи, ведущая переговоры, переходит в режим полудуплекса.
Варианты
Сравнение физических уровней Ethernet на основе витой пары (TP PHY) Название Стандарт Статус Скорость (Мбит/с)name=speed Требуемое количество пар Каналов в одном направлении Эффективность скорости передачи данных (бит/с/Гц)name=bitsperhertz Тип кодирования Символьная скорость на канал (Мбод) Ширина полосы пропусканияname=frequency (МГц) Максимальное расстояние (м) Название кабеляname=catreach Категория кабеля (МГц) Применение StarLAN 1 1BASE5 802.3e 1987 1 2 1 1 PE 1 1 250 телефонная линия ~12 LAN StarLAN 10 802.3e 1988 10 2 1 1 PE 10 10 ~100 телефонная линия ~12 LAN LattisNet 10 2 1 1 PE 10 10 100 телефонная линия ~12 LAN [[Classic Ethernet 802.3i 1990 (CL14) устаревший 10 2 1 1 PE 10 10 100 Кат 3 16 LAN 10BASE T1S 10 1 1 0.8 4B5B DME 25 12.5 15 или 25name=t1s Кат 5 25 Автомобильная промышленность, IoT, M2M 10BASE T1L 10 1 1 2.6 4B3T PAM 3 7.5 3.75 1,000 Кат 5 20 Автомобильная промышленность, IoT, M2M 100BASE T1 802.3bw 2015 (CL96) 100 1 1 2.6 4B3B PAM 3 75 37.5 15 Кат 5e 100 Автомобильная промышленность, IoT, M2M 100BaseVG 802.12 1995 100 4 4 1.6 5B6B Только полудуплексный режим 30 15 100 Кат 3 16 100BASE T4 802.3u 1995 100 4 3 2.6 8B6T PAM 3 Только полудуплексный режим 25 12.5 100 Кат 3 16 100BASE T2 802.3y 1997 100 2 2 4 LFSR PAM 5 25 12.5 100 Кат 3 16 100BASE TX 802.3u 1995 100 2 1 3.2 4B5B MLT 3 NRZ I 125 31.25 100 Кат 5 100 LAN [[Gigabit Ethernet#1000BASE TX 802.3ab 1999,TIA/EIA 854 (2001) 1,000 4 2 4 PAM 5 250 125 100 Кат 6 250 1000BASE‑T 802.3ab 1999 (CL40) 1,000 4 4 4 TCM 4D PAM 5 125 62.5 100 Кат 5 100 LAN 1000BASE T1 802.3bp 2016 1,000 1 1 2.6 PAM 3 80B/81B RS FEC 750 375 40 Кат 6A 500 Автомобильная промышленность, IoT, M2M 2.5GBASE T 802.3bz 2016 2,500 4 4 6.25 64B65B PAM 16 128 DSQ 200 100 100 Кат 5e 100 LAN 5GBASE T 802.3bz 2016 5,000 4 4 6.25 64B65B PAM 16 128 DSQ 400 200 100 Кат 6 250 LAN 10GBASE T 802.3an 2006 10,000 4 4 6.25 64B65B PAM 16 128 DSQ 800 400 100 Кат 6A 500 LAN 25GBASE T 802.3bq 2016 (CL113) 25,000 4 4 6.25 PAM 16 RS FEC (192, 186) LDPC 2,000 1,000 30 Кат 8 2,000 LAN, Центр обработки данных [[100 Gigabit Ethernet#40GBASE T 802.3bq 2016 (CL113) 40,000 4 4 6.25 PAM 16 RS FEC (192, 186) LDPC 3,200 1,600 30 Кат 8 2,000 LAN, Центр обработки данных Название Стандарт Статус Скорость (Мбит/с)name=speed Требуемое количество пар Каналов в одном направлении Эффективность скорости передачи данных (бит/с/Гц)name=bitsperhertz Тип кодирования Символьная скорость на канал (Мбод) Ширина полосы пропусканияname=frequency (МГц) Максимальное расстояние (м) Название кабеляname=catreach Категория кабеля (МГц) Применение