Технология Ethernet (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10GE)

Технология Ethernet – пакетная технология передачи данных, используемая преимущественно в локальных вычислительных сетях (ЛВС). Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, а также формат кадров и протоколы управления доступом к среде на канальном уровне модели OSI.

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

Таким образом, на данный момент физические спецификации технологии Ethernet включают следующие среды передачи данных и их характеристики (число 10 обозначает битовую скорость передачи данных – 10 Мб/с, а слово Base – метод передачи на одной базовой частоте):

• 10Base-5 – коаксиальный кабель диаметром 0.5 дюйма, называемый “толстым” коаксиалом. Максимальная длина сегмента – 500 метров (без повторителей).
• 10Base-2 – коаксиальный кабель диаметром 0.25 дюйма, называемый “тонким” коаксиалом. Максимальная длина сегмента – 185 метров (без повторителей).
• 10Base-T – кабель на основе неэкранированной витой пары (UTP), в котором для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары (две скрученные пары) категории 3 или 5. Образует звездообразную топологию с концентратором (пассивная звезда). Расстояние между концентратором и конечным узлом не должно превышать 100 м.
• FOIRL — (Fiber-optic inter-repeater link) – оптический кабель. Максимальное расстояние передачи данных без повторителя – 1000 м.
• 10Base-FL – оптоволоконный кабель. Топология аналогична стандарту на витой паре. Расстояние – до 2000 м.

Преимущества использования витой пары по сравнению с коаксиальным кабелем:

• возможность работы в дуплексном режиме;
• низкая стоимость кабеля «витой пары»;
• более высокая надёжность сетей при неисправности в кабеле;
• минимально допустимый радиус изгиба меньше;
• большая помехозащищенность из-за использования дифференциального сигнала;
• возможность питания по кабелю маломощных узлов, например IP-телефонов (стандарт Power over Ethernet, POE);
• отсутствие гальванической связи (прохождения тока) между узлами сети.

При использовании коаксиального кабеля в российских условиях, где, как правило, отсутствует заземление компьютеров, применение коаксиального кабеля часто сопровождалось пробоем сетевых карт и иногда даже полным «выгоранием» системного блока. Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить длину сегмента без повторителей.

Cети технологии Fast Ethernet имеют иерархическую древовидную структуру, построенную на концентраторах. Скорость передачи (100Мб/с) увеличилась в 10 раз по сравнению с Ethernet.

+Официальный стандарт 802.3u установил несколько различных спецификаций для физического уровня Fast Ethernet:  100Base-TX — для 2-парного кабеля на неэкранированной (UTP) витой паре категории 5 или экранированной витой паре STP Type 1.

Фактически является развитием стандарта 10BASE-T для использования в сетях топологии «звезда». Поддерживается дуплексная передача данных:

• Расстояние – до 100 м;
• 100Base-T4 — для 4-парного кабеля на неэкранированной витой паре категорий 4 или 5.  Задействованы все 4 пары проводников, передача данных идёт в полудуплексе;
• 100Base-T2 — стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы только две пары проводников. Поддерживается полный дуплекс, когда сигналы распространяются в противоположных направлениях по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении — 50 Мбит/с;
• 100Base-FX — для многомодового оптоволоконного кабеля, использующего 2 волокна$
• 100BASE-SX — стандарт, использующий многомодовое волокно. Максимальная длина сегмента 400 метров в полудуплексе (для гарантированного обнаружения коллизий) или 2 километра в полном дуплексе;
• 100BASE-FX — стандарт, использующий одномодовое волокно. Максимальная длина ограничена только величиной затухания в оптическом кабеле и мощностью передатчиков, по разным материалам от 2х до 10 километров;
• 100BASE-FX WDM — стандарт, использующий одномодовое волокно. Максимальная длина ограничена только величиной затухания в волоконно-оптическом кабеле и мощностью передатчиков. Интерфейсы бывают двух видов, отличаются длиной волны передатчика и маркируются либо цифрами (длина волны) либо одной латинской буквой A(1310) или B(1550).

Основная идея стандарта Gigabit Ethernet (802.3z и 802.3ab) – максимальное сохранение идей классической технологии Ethernet при достижении битовой скорости в 1000 Мбит/с (1 Гб/с) на основных типах кабелей.

Трафик Gigabit Ethernet передается по следующим типам кабеля: 

• 1000BASE-T — стандарт, использующий витую пару категорий 5. В передаче данных участвуют 4 пары. Скорость передачи данных — 250 Мбит/с по каждой паре. Используется метод кодирования PAM5, частота основной гармоники 62,5 МГц. Расстояние до 100 метров.
• 1000BASE-TX — создан Ассоциацией Телекоммуникационной Промышленности (Telecommunications Industry Association, TIA), использует раздельную приёмо-передачу (по одной паре в каждом направлении), что существенно упрощает конструкцию приёмопередающих устройств. Ещё одним существенным отличием 1000BASE-TX является отсутствие схемы цифровой компенсации наводок и возвратных помех, в результате чего сложность, уровень энергопотребления и цена процессоров становится ниже, чем у процессоров стандарта 1000BASE-T. Но, как следствие, для стабильной работы по такой технологии требуется кабельная система высокого качества, поэтому 1000BASE-TX может использовать только кабель 6 категории. 1000BASE-TX использует более простой протокол, чем стандарт
• 1000BASE-T, и поэтому может использовать более простую электронику.
• 1000BASE-SX — стандарт, использующий многомодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя – до 550 метров.  1000BASE-LX — стандарт, использующий одномодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя – до 5 километров.
• 1000BASE-LH (Long Haul) — стандарт, использующий одномодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя – до 100 километров.

Новый стандарт IEEE 802.3ae описывает технологию Ethernet со скоростью 10 Гб/с и включает в себя следующие стандарты физической среды для локальных, городских и региональных сетей:

1. 10GBASE-CX4 — Технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 15 метров), используется медный кабель CX4.
2. 10GBASE-SR — технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 26 или 82 метров, в зависимости от типа кабеля), используется многомодовое волокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров с использованием нового многомодового волокна (2000 МГц/км).
3. 10GBASE-LX4 — использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому волокну. Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании одномодового волокна.
4. 10GBASE-LR и 10GBASE-ER — эти стандарты поддерживают расстояния до 10 и 40 километров соответственно.
5. 10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW — используют физический интерфейс, совместимый по скорости и формату данных с интерфейсом OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Они подобны стандартам 10GBASE-SR, 10GBASE-LR и 10GBASEER соответственно, так как используют те же самые типы кабелей и расстояния передачи.
6. 10GBASE-T — использует экранированную витую пару. Расстояния — до 100 метров.