Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

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 сред и скорость на несколько порядков от 1  Мбит / с до 400  Гбит / с . Диапазон физических сред - от громоздкого коаксиального кабеля до витой пары и оптического волокна со стандартизированной дальностью действия до 40 км. В общем, программное обеспечение стека сетевых протоколов будет работать одинаково на всех физических уровнях.

Многие адаптеры Ethernet и порты коммутаторов 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 устройства с несколькими скоростями определяют скорость, используемую их партнером, [1], 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, [2]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 утвержденными стандартами 40 Gbit / s [3] [4] и 100 Gigabit Ethernet [5] . [6] В 2017 году самыми быстрыми дополнениями к семейству Ethernet стали 200 и 400 Гбит / с . [7]

Соглашения об именах [ править ]

Как правило, слои именуются в соответствии с их спецификациями: [8]

  • 10, 100, 1000, 10G, ... - номинальная полезная 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, -S, -L, -E, -Z, -C, -K, -H ... - средний ( PMD ): T = витая пара , S = 850 нм, короткая длина волны ( многомодовое волокно ), L = 1300 нм (в основном одномодовое волокно ), E или Z = 1500 нм сверхдлинноволновый (одномодовый), B = двунаправленное волокно (в основном одномодовое) с использованием WDM , P = пассивная оптика ( PON ), C = медь / твинаксиальный кабель , K = объединительная плата , 2 или 5или 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 указывается, 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 слои [ править ]

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

Ранние реализации и 10 Мбит / с [ править ]

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

Fast Ethernet [ править ]

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

1 Гбит / с [ править ]

Все варианты Gigabit Ethernet используют звездообразную топологию. Варианты 1000BASE-X используют кодирование 8b / 10b PCS. Первоначально полудуплексный режим был включен в стандарт, но с тех пор от него отказались. [14] Очень немногие устройства поддерживают гигабитную скорость в полудуплексном режиме.

2,5 и 5 Гбит / с [ править ]

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.

10 Гбит / с [ править ]

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.

25 Гбит / с [ править ]

Однополосный 25-гигабитный Ethernet основан на одной полосе 25,78125 ГБд из четырех из стандарта 100 Gigabit Ethernet, разработанного рабочей группой P802.3by. [17] 25GBASE-T по витой паре был одобрен вместе с 40GBASE-T в IEEE 802.3bq. [18] [19]

40 Гбит / с [ править ]

Этот класс Ethernet был стандартизирован в июне 2010 года как IEEE 802.3ba вместе с первым поколением 100 Гбит / с, с добавлением в марте 2011 года как IEEE 802.3bg, [20] [21] и самый быстрый, но все же стандарт витой пары в IEEE. 802.3bq-2016. Номенклатура выглядит следующим образом : [22]

50 Гбит / с [ править ]

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 [23]

100 Гбит / с [ править ]

Первое поколение 100G Ethernet с использованием линий 10 и 25 Гбит / с было стандартизировано в июне 2010 года как IEEE 802.3ba наряду с 40 Гбит / с. [20] Второе поколение, использующее полосы 50 Гбит / с, было разработано рабочей группой IEEE 802.3cd вместе со стандартами 50 и 200 Гбит / с. [23] Третье поколение, использующее одну полосу 100 Гбит / с, в настоящее время разрабатывается Целевой группой IEEE 802.3ck вместе с физическими уровнями 200 и 400 Гбит / с и интерфейсами модулей подключения (AUI), использующими полосы 100 Гбит / с. [24]

200 Гбит / с [ править ]

Первое поколение 200 Гбит / с было определено Целевой группой IEEE 802.3bs и стандартизировано в 802.3bs-2017. [25] Целевая группа IEEE 802.3cd разработала стандарты 50 и следующего поколения на 100 и 200 Гбит / с с использованием одной, двух или четырех линий 50 Гбит / с соответственно. [23] Следующее поколение, использующее полосы 100 Гбит / с, в настоящее время разрабатывается рабочей группой IEEE 802.3ck вместе с физическими уровнями 100 и 400 Гбит / с и интерфейсами подключаемых модулей (AUI), использующими полосы 100 Гбит / с. [24]

400 Гбит / с [ править ]

Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) определил новый стандарт Ethernet , способный 200 и 400 Гбит / с в IEEE 802.3bs-2017. [25] Еще одной целью может быть 1 Тбит / с. [26]

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 модулей (AUI) с использованием линий 100 Гбит / с. [24]

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. [27] 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 в практическая цена. [28]

800 Гбит / с [ править ]

Ethernet Technology Consortium (бывший 25 Gigabit Ethernet Consortium ) предложил PCS 800 Гбит / с Ethernet Variant на основе плотно комплектного 400GBASE-R в апреле 2020 г. [29]

Первая миля [ править ]

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

Подслои [ править ]

Начиная с Fast Ethernet, спецификации физического уровня разделены на три подуровня, чтобы упростить проектирование и взаимодействие: [33]

  • PCS ( Physical Coding Sublayer ) - этот подуровень выполняет автосогласование и базовое кодирование, такое как 8b / 10b, разделение полос и рекомбинацию. 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.

Кабель витая пара [ править ]

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. [34] [ неудачная проверка ] 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.

Требования к кабелю зависят от скорости передачи и используемого метода кодирования. Как правило, более высокие скорости требуют как кабелей более высокого качества, так и более сложного кодирования.

Минимальная длина кабеля [ править ]

Оптоволоконные соединения имеют минимальную длину кабеля из-за требований к уровню принимаемых сигналов. [38] 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. [39]

В установках 10BASE-T, 100BASE-T и 1000BASE-T, использующих витую пару, используется топология звезды . Для этих сетей не требуется минимальной длины кабеля. [40] [41]

Связанные стандарты [ править ]

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 промышленности . 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 провал, 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.

  • 802.11 - стандарты для беспроводных локальных сетей (ЛВС), продаваемые под торговой маркой Wi-Fi.
  • 802.16 - стандарты для беспроводных городских сетей (MAN), продаваемые под торговой маркой WiMAX.

Другие специальные физические уровни включают Avionics Full-Duplex Switched Ethernet и TTEthernet - Time-Triggered Ethernet для встроенных систем.

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Настройка и устранение неполадок Ethernet 10/100 / 1000Mb Half / Full Duplex Auto-Negotiation» . Cisco Systems . Проверено 9 августа 2016 . ... партнер по каналу связи может определить скорость, с которой работает другой партнер по каналу, даже если другой партнер по каналу не настроен для автоматического согласования. Чтобы определить скорость, партнер по каналу связи определяет тип поступающего электрического сигнала и определяет, составляет ли он 10 Мб или 100 Мб.
  2. ^ «Характеристики технологии 10GBASE-T» . fiber-optical-networking.com. 2017-11-08 . Проверено 9 апреля 2018 .
  3. ^ «Рассмотрение для 40 Gigabit Ethernet» (PDF) . IEEE HSSG. Май 2007 г.
  4. ^ "Ответы на 40-гигабитный Ethernet" (PDF) . IEEE HSSG. Май 2007 г.
  5. ^ «HECTO: высокоскоростные электрооптические компоненты для интегрированного передатчика и приемника в оптической связи» . Hecto.eu . Проверено 17 декабря 2011 года .
  6. ^ «IEEE P802.3ba 40Gb / s и 100Gb / s Ethernet Task Force» . IEEE. 2010-06-19.
  7. ^ 802.3bs-2017 - Стандарт IEEE для Ethernet - Поправка 10: Параметры управления доступом к среде передачи, физические уровни и параметры управления для работы со скоростью 200 Гбит / с и 400 Гбит / с . IEEE 802.3. 2017-12-12. DOI : 10.1109 / IEEESTD.2017.8207825 . ISBN 978-1-5044-4450-7.
  8. ^ IEEE 802.3 1.2.3 Физический уровень и обозначение носителей
  9. ^ Джон Ф. Шох ; Йоген К. Далал; Дэвид Д. Ределл; Рональд С. Крейн (август 1982 г.). «Эволюция локальной компьютерной сети Ethernet» (PDF) . Компьютер IEEE . 15 (8): 14–26. DOI : 10,1109 / MC.1982.1654107 .
  10. ^ «L-com представляет коммерческие преобразователи Thinnet (10Base-2) и Thicknet (10Base-5) для устаревших установок» . Журнал "Виртуальная стратегия". 2012-06-11. Архивировано из оригинала на 2013-12-19 . Проверено 1 июля 2012 .
  11. ^ IEEE 802.3 11.5.3 Требования к задержке
  12. ^ a b c Циммерман, Джоанн; Сперджен, Чарльз (2014). Ethernet: полное руководство, 2-е издание . ISBN O'Reilly Media, Inc. 978-1-4493-6184-6. Проверено 28 февраля +2016 . Эта медиасистема позволяла последовательно соединять несколько полудуплексных повторителей сигналов Ethernet, что превышало ограничение на общее количество повторителей, которые можно было использовать в данной системе Ethernet со скоростью 10 Мбит / с .... В течение первых нескольких лет после стандарт был разработан, оборудование было доступно у нескольких поставщиков, но это оборудование больше не продается.
  13. ^ a b IEEE 802.3 66. Расширения подуровня согласования 10 Гбит / с (RS), 100BASE-X PHY и 1000BASE-X PHY для однонаправленной передачи
  14. ^ IEEE 802.3 41. Повторитель для сетей основной полосы пропускания 1000 Мбит / с.
  15. ^ «Решения Cisco Gigabit Ethernet для маршрутизаторов Cisco серии 7x00» . Проверено 17 февраля 2008 года .
  16. ^ IEEE 802.3 Таблица 52-6 Рабочий диапазон 10GBASE-S для каждого типа оптического волокна
  17. ^ IEEE 802.3by 25 Gb / s Ethernet Task Force
  18. ^ "Целевая группа IEEE P802.3bq 25G / 40GBASE-T" . Проверено 8 февраля 2016 .
  19. ^ «Утверждение IEEE Std 802.3by-2016, IEEE Std 802.3bq-2016, IEEE Std 802.3bp-2016 и IEEE Std 802.3br-2016» . IEEE. 2016-06-30.
  20. ^ a b Реймер, Джереми (25 июля 2007 г.). «Новый стандарт Ethernet: не 40 Гбит / с, не 100, а то и другое» . Ars Technica . Проверено 17 декабря 2011 года .
  21. ^ "IEEE P802.3bg 40 Гбит / с Ethernet: Целевая группа по одномодовым волокнам PMD" . официальный веб-сайт целевой группы . IEEE 802. 12 апреля 2011 . Проверено 17 июня 2011 года .
  22. ^ Ilango Ганг (13 мая 2009). «Отчет главного редактора» (PDF) . IEEE P802.3ba 40 Гбит / с и 100 Гбит / с Ethernet Task Force общедоступный отчет . п. 8 . Проверено 7 июня 2011 года .
  23. ^ a b c «IEEE 802.3 50 Гбит / с, 100 Гбит / с и 200 Гбит / с Целевая группа по Ethernet» . IEEE 802.3. 2016-05-17 . Проверено 25 мая 2016 .
  24. ^ а б в http://www.ieee802.org/3/ck/
  25. ^ a b "[STDS-802-3-400G] Утверждено IEEE P802.3bs!" . Целевая группа IEEE 802.3bs . Проверено 14 декабря 2017 .
  26. ^ Снайдер, Боб. «IEEE начинает работу над новым стандартом Ethernet» . Проверено 9 августа +2016 .
  27. ^ «Боб Меткалф на Terabit Ethernet» . Легкое чтение . 15 февраля 2008 . Проверено 27 августа 2013 года .
  28. ^ автор. «IEEE представит новую скорость Ethernet, до 1 Тбайт в секунду - MacNN» . Проверено 9 августа +2016 .
  29. ^ «Консорциум 25 Gigabit Ethernet переименован в Консорциум технологий Ethernet; объявляет о спецификации 800 Gigabit Ethernet (GbE)» . 2020-04-06 . Проверено 16 сентября 2020 .
  30. ^ "Спецификация 800G" (PDF) . 2020-03-10 . Проверено 16 сентября 2020 .
  31. ^ «Infineon укрепляет лидерство на рынке MDU / MTU с помощью патента на технологию Ethernet через VDSL» . Пресс-релиз . Infineon Technologies AG. 8 января 2001 года Архивировано из оригинала 13 апреля 2001 года . Проверено 27 августа 2011 года .
  32. ^ «Infineon объявляет результаты за второй квартал» . Пресс-релиз . Infineon Technologies. 24 апреля 2001 . Проверено 28 августа 2011 года . ... стратегический выигрыш в дизайне с Cisco для новых продуктов Ethernet большой дальности, включающих технологию Infineon 10BaseS
  33. ^ IEEE 802.3 Рисунок 1–1 - Отношение стандарта IEEE 802.3 к эталонной модели взаимодействия открытых систем (OSI) ISO / IEC.
  34. ^ «Техническая информация - LAN и телефоны» . Zytrax.com . Проверено 17 декабря 2011 года .
  35. ^ IEEE 802.3 14.5.1 разъемы MDI
  36. ^ IEEE 802.3 Таблица 25–2 - Назначение контактов MDI для витой пары
  37. ^ IEEE 802.3 40.8.1 разъемы MDI
  38. ^ «Преобразователь интерфейса Fast Ethernet Cisco 100BASE-FX SFP на гигабитных портах SFP» . Cisco Systems . Архивировано из оригинала на 2007-10-13.
  39. ^ «Стандарт IEEE для Ethernet 802.3-2008, пункты 10.7.2.1-2» (PDF) .
  40. ^ «Устранение конфликтов Ethernet» . Проверено 9 августа +2016 .
  41. ^ Gigabit Ethernet (PDF) , получено 9 августа 2016 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • Получить IEEE 802.3
  • IEEE 802.3
  • Как сделать кабель Ethernet