Гигабитный Ethernet и как он работает (Руководство на 2022 год)

Gigabit Ethernet обеспечивает передачу данных по сети со скоростью до 1000 Мбит/с с использованием стандартного кабеля Cat 5 UTP (неэкранированная витая пара). Как этого можно добиться, если кабели Cat 5 могут работать со скоростью только до 100 Мбит/с? Мы объясним это, а также другие очень интересные вопросы, касающиеся производительности Gigabit Ethernet.

Кабели Ethernet Cat 5 имеют восемь проводов (четыре пары), но в соответствии со стандартами 10BaseT и 100BaseT (10 Мбит/с и 100 Мбит/с соответственно) фактически используются только четыре (две пары) из этих проводов. Одна пара используется для передачи данных, а другая пара — для приема данных.

Стандарт Ethernet использует метод борьбы с электромагнитным шумом, называемый подавлением. Когда электрический ток подается на провод, он создает электромагнитное поле вокруг провода. Если это поле достаточно сильное, оно может создавать электрические помехи в проводах рядом с ним, искажая передаваемые там данные. Эта проблема называется перекрестными помехами.

[amazon box="B00WD017GQ" шаблон="таблица"]

Что происходит при подавлении, так это передача одного и того же сигнала дважды, причем второй сигнал «отражается» (инвертируется полярность) по сравнению с первым, как вы можете видеть на рисунке 1. Таким образом, при получении двух сигналов принимающее устройство может сравнить их. сигналы, которые должны быть равными, но «зеркальными». Разница между этими двумя сигналами — это шум, поэтому принимающему устройству очень легко узнать, что такое шум, и отбросить его. Стандарты проводов «+TD» для «Передачи данных» и стандарты проводов «+RD» для «Приема данных». «-TD» и «-RD» — это «зеркальные» версии одного и того же сигнала, передаваемого по «+TD» и «+RD» соответственно.

В стандарте 10BaseT каждый бит, который компьютер хочет передать, физически кодируется в один передаваемый бит, т. е. для группы из восьми передаваемых битов по проводу будет генерироваться восемь сигналов. Его скорость передачи 10 Мбит/с означает, что его тактовая частота равна 10 МГц, но только потому, что за каждый тактовый цикл передается один бит. В других стандартах все по-другому.

100BaseT использует схему кодирования 8B/10B, где каждая группа из восьми бит кодируется в 10-битный сигнал. Таким образом, в отличие от 10BaseT, каждый бит не представляет напрямую сигнал в проводе. Если вы правильно подсчитаете, то при скорости передачи данных 100 Мбит/с тактовая частота 100BaseT составит 125 МГц (10/8 x 100). Таким образом, кабели Cat 5 сертифицированы на скорость передачи до 125 МГц.

Gigabit Ethernet меняет кодировку. Вместо того, чтобы кодировать каждый бит в один сигнал, как 10BaseT, или кодировать каждую 8-битную группу в 10-битный сигнал, он кодирует два бита на сигнал. Таким образом, сигнал по кабелю Gigabit Ethernet представляет собой два бита, а не один бит. Другими словами, вместо того, чтобы просто использовать два напряжения для сигнала, представляющего просто «0» или «1», он использует четыре разных напряжения, представляющие «00», «01», «10» и «11». используя всего четыре провода кабеля, Gigabit Ethernet использует все провода.

Кроме того, все пары используются двунаправленно. Как мы видели выше, и 10BaseT, и 100BaseT используют разные пары для передачи и приема; в 1000BaseT, как еще называют кабель Gigabit Ethernet, одни и те же пары используются как для передачи, так и для приема данных.

Прелесть Gigabit Ethernet в том, что он по-прежнему использует тактовую частоту 100BaseT/Cat 5 с частотой 125 МГц, но поскольку за раз передается больше данных, скорость передачи выше. Математика довольно проста: 125 МГц x 2 бита на сигнал (т. е. на пару проводов) x 4 сигнала за раз = 1000 Мбит/с.

Этот метод модуляции называется 4D-PAM5 и фактически использует пять напряжений (пятое напряжение используется для механизма исправления ошибок).

Поэтому было бы ошибкой утверждать, что Gigabit Ethernet работает на частоте 1000 МГц. Это не так. Он работает на частоте 125 МГц, как и Fast Ethernet (100BaseT), но достигает скорости 1000 Мбит/с, поскольку передает два бита за раз и использует четыре пары кабеля.

В таблице ниже вы можете проверить распиновку кабеля Gigabit Ethernet. «BI» означает двунаправленный, а DA, DB, DC и DD обозначают «Данные A», «Данные B», «Данные C» и «Данные D» соответственно.