Gigabit Ethernet

Card mạng Intel PRO/1000 GT sử dụng chân cắm PCI

Trong mạng máy tính, Gigabit Ethernet (GbE hay 1 GigE) là các thuật ngữ áp dụng cho việc truyền các Ethernet frame với tốc độ gigabit mỗi giây (1,000,000,000 bit trên một giây). Chuẩn phổ biến nhất, 1000BASE-T, được định nghĩa theo tiêu chuẩn IEEE 802.3ab. Nó được đưa vào sử dụng từ năm 1999, dần dần thay thế chuẩn Fast Ethernet trong các mạng cục bộ có dây, với kết quả là nhanh hơn đáng kể, cung như việc nó có thể sử dụng các dây cáp và thiết bị giống với các tiêu chuẩn trước đây vốn đã rất phổ biến và kinh tế. Chuẩn đầu tiên cho tốc độ nhanh hơn 10 Gigabit Ethernet được phê chuẩn từ 2002.^[1]

Lịch sử

Ethernet là kết quả nghiên cứu được thực hiện tại Xerox PARC vào đầu thập niên 1970, và sau đó phát triển thành một giao thức lớp vật lý và liên kết được triển khai rộng rãi. Fast Ethernet tăng tốc độ từ 10 đến 100 megabits trên giây (Mbit/s). Gigabit Ethernet là lần nâng cấp tiếp theo, tăng tốc độ lên 1000 Mbit/s.

• Tiêu chuẩn ban đầu cho Gigabit Ethernet được xây dựng bởi IEEE vào tháng 6 năm 1998 với tên mã IEEE 802.3z, và yêu cầu cáp quang. 802.3z thường được gọi là 1000BASE-X, trong đó -X dùng để chỉ -CX, -SX, -LX hoặc (không chuẩn) -ZX.

• IEEE 802.3ab, được phê chuẩn vào năm 1999, xác định truyền Gigabit Ethernet qua Cáp xoắn đôi không có vỏ bọc chống nhiễu (UTP) cat 5, cat 5e hoặc cat 6, và được gọi là 1000BASE-T. Với việc phê chuẩn 802.3ab, Gigabit Ethernet đã trở thành một công nghệ phù hợp cho máy bàn vì các tổ chức có thể sử dụng hạ tầng cáp đồng hiện có của họ.

• IEEE 802.3ah, thông qua năm 2004, bổ sung thêm hai chuẩn gigabit sợi quang: 1000BASE-LX10 (đã được triển khai rộng rãi như một tiện ích mở rộng được cung cấp riêng bởi từng nhà cung cấp) và 1000BASE-BX10. Đây là một phần của một nhóm các giao thức lớn hơn được gọi là Ethernet in the First Mile.

Ban đầu, Gigabit Ethernet được triển khai trong các liên kết mạng lõi yêu cầu dung lượng cao. Vào năm 2000, Power Mac G4 và PowerBook G4 của Apple Inc là những máy tính cá nhân được sản xuất hàng loạt đầu tiên có kết nối 1000BASE-T.^[2] Nó nhanh chóng trở thành một tính năng tích hợp có sẵn trong nhiều máy tính khác.

Ban đầu, các liên kết gigabit bán song công được kết nối thông qua các repeater hub là một phần trong đặc tả kỹ thuật của IEEE,^[3] nhưng bộ đặc tả này không được cập nhật nữa và chuyển sang song công toàn phần với các switch được sử dụng phổ biến.

Các phiên bản

Card mạng tương thích với 1000BASE-T do Intel sản xuất, kết nối với máy tính thông qua PCI-X

Có năm tiêu chuẩn lớp vật lý cho Gigabit Ethernet, sử dụng cáp quang (1000BASE-X), cáp xoắn đôi (1000BASE-T), hoặc cáp đồng có vỏ bọc chống nhiễu (1000BASE-CX).

Chuẩn IEEE 802.3z bao gồm 1000BASE-SX để truyền dẫn qua sợi quang đa mode, 1000BASE-LX để truyền qua sợi quang đơn mode, và 1000BASE-CX gần như đã lỗi thời để truyền qua cáp đồng có vỏ chống nhiễu. Các tiêu chuẩn này sử dụng mã hóa 8b/10b, làm tăng tốc độ đường truyền thêm 25%, từ 1000 Mbit/s lên 1250 Mbit/s, để đảm bảo tín hiệu cân bằng DC. Các kí hiệu sau đó được gửi bằng NRZ.

Bộ thu phát sợi quang thường được triển khai dưới dạng các mô đun có thể tráo đổi người dùng ở dạng SFP hoặc GBIC trên các thiết bị cũ.

Chuẩn IEEE 802.3ab, vốn định nghĩa loại giao diện 1000BASE-T được sử dụng rộng rãi, sử dụng một cấu trúc mã hóa khác để giữ tốc độ ký hiệu càng thấp càng tốt, cho phép truyền qua cặp xoắn đôi.

IEEE 802.3ap định nghĩa Ethernet Operation qua Electrical Backplanes ở các tốc độ khác nhau.

Ethernet in the First Mile sau đó đã bổ sung thêm 1000BASE-LX10 và -BX10.

Legend for fibre-based TP-PHYs^[4]

MMF FDDI 62,5/125 µm (1987)	MMF OM1 62,5/125 µm (1989)	MMF OM2 50/125 µm (1998)	MMF OM3 50/125 µm (2003)	MMF OM4 50/125 µm (2008)	MMF OM5 50/125 µm (2016)	SMF OS1 9/125 µm (1998)	SMF OS2 9/125 µm (2000)
160 MHz·km @850 nm	200 MHz·km @850 nm	500 MHz·km @850 nm	1500 MHz·km @850 nm	3500 MHz·km @850 nm	3500 MHz·km @850 nm & 1850 MHz·km @950 nm	1 dB/km @1300/ 1550 nm	0.4 dB/km @1300/ 1550 nm

Tên	Chuẩn	Tình trạng	Media	OFC hay RFC	Modulethu phát	Khoảng cách theo km	# Media	Số dây (⇅)	Gi chú
Gigabit Ethernet (GbE) - (Data rate: 1000 Mbit/s - Line code: 8B/10B × NRZ - Line rate: 1.25 GBd - Full-Duplex (or Half-Duplex))
1000BASE ‑CX	802.3z-1998 (CL39)	Cũ	TWP có vỏ chống nhiễu balanced (150 Ω)	8P8C DE-9 FC/HSSDC CX4 (SFF-8470) (IEC 61076-3-103)	—	0.025	4	4	Trung tâm dữ liệu; có trước 1000BASE-T; hiếm khi được sử dụng.
1000BASE ‑KX	802.3ap-2007 (CL70)	hiện tại	Cu-Backplane	—	—	0.001	1	4	PCB
1000BASE ‑SX	802.3z-1998 (CL38)	hiện tại	Sợi quang 770 – 860 nm	ST SC LC MT-RJ [5]	SFP GBIC direct-plug	OM1: 0.275	2	1
						OM2: 0.55
						OM3: 1
1000BASE ‑LX	802.3z-1998 (CL38)	hiện tại	Sợi quang 1270 – 1355 nm	SC LC	SFP GBIC direct-plug	OM1: 0.55	2	1
						OM2: 0.55
						OM3: 0.55
						OSx: 5
1000BASE ‑LX10	802.3ah-2004 (CL59)	hiện tại	Sợi quang 1260 – 1360 nm	LC	SFP	OM1: 0.55	2	1	identical with -LX but with increased power/sensitivity; commonly simply referred to as -LX or -LH prior to 802.3ah
						OM2: 0.55
						OM3: 0.55
						OSx: 10
1000BASE -BX10		hiện tại	Sợi quang TX: 1260 – 1360 nm RX: 1480 – 1500 nm			OSx: 10	1		thường được gọi đơn giản là -BX
1000BASE ‑EX	độc quyền (không do IEEE)	hiện tại	Sợi quang 1310 nm	SC LC	SFP GBIC	OSx: 40	2	1	nhà cung cấp cụ thể
1000BASE ‑ZX / ‑EZX	độc quyền (không do IEEE)	hiện tại	Sợi quang 1550 nm	SC LC	SFP GBIC	OSx: 70	2	1	nhà cung cấp cụ thể
1000BASE ‑RHx	802.3bv-2017 (CL115)	hiện tại	Sợi quang 650 nm	FOT (PMD/MDI)	—	POF: ≤ 0.05	1	1	Công nghiệp ô tô, Công nghiệp, Hộ gia đình;[6][7] Line code: 64b65b × PAM16 Line rate: 325 MBd Biến thể: -RHA (50 m), -RHB (40 m), -RHC (15 m).
1000BASE -PX	802.3ah-2004 802.3bk-2013 (CL60)	hiện tại	Sợi quang TX: 1270 nm RX: 1577 nm	SC	SFP XFP	OSx: 10 – 40	1	1	EPON; FTTH; sử dụng cấu trúc liên kết điểm-đa điểm

Name	Loại dây	Khoảng cách
1000BASE‑T	Cáp xoắn đôi (Cat-5, Cat-5e, Cat-6, Cat‑7)	100 mét
1000BASE-T1	Cáp xoắn đôi, cáp đơn	15 mét
1000BASE‑TX	Cáp xoắn đôi (Cat-6, Cat‑7)	100 mét

1000BASE-X

1000BASE-X được dùng trong công nghiệp để nói đến Gigabit Ethernet truyền dẫn trên sợi quang, ví các tùy chọn bao gồm 1000BASE-SX, 1000BASE-LX, 1000BASE-LX10, 1000BASE-BX10 hoặc các triển khai -EX và -ZX không chuẩn. Bao gồm là các biến thể đồng sử dụng cùng mã dòng 8b/10b.

1000BASE-CX

1000BASE-CX là chuẩn đầu tiên của kết nối Gigabit Ethernet với khoảng cách tối đa là 25 mét sử dụng cáp xoắn đôi có vỏ chống nhiễu và đầu nối DE-9 hay 8P8C (với sơ đồ chân khác với 1000BASE-T). Độ dài một segment ngắn là do tốc độ truyền tín hiệu rất cao.Mặc dù nó vẫn được sử dụng cho các ứng dụng cụ thể, nơi các chuyên gia CNTT thực hiện việc nối cáp, ví dụ IBM BladeCenter sử dụng 1000BASE-CX cho kết nối Ethernet giữa blade servers và modules switch, 1000BASE-T đã kế thừa khi vẫn sử dụng dây đồng.^[8]

1000BASE-KX

1000BASE-KX là một phần của chuẩn IEEE 802.3ap cho Ethernet Operation thông qua Electrical Backplanes. Tiêu chuẩn này xác định một đến bốn làn kết nối backplane, một cặp vi sai RX và một cặp TX trên mỗi làn, với băng thông liên kết từ 100Mbit đến 10Gbit mỗi giây (từ 100BASE-KX đến 10GBASE-KX4). Biến thể 1000BASE-KX sử dụng tốc độ báo hiệu điện 1,25 GBd (không phải quang).

1000BASE-SX

1000BASE-SX là một chuẩn Gigabit Ethernet sợi quang để hoạt động trên sợi đa mode sử dụng bước sóng ánh sáng 770 đến 860 nanomet, gần hồng ngoại (NIR).

Tiêu chuẩn chỉ định chiều dài tối đa 220 mét cho sợi đa mode 62.5 μm/160 MHz×km, 275 m cho 62.5 μm/200 MHz×km, 500 m cho 50 μm/400 MHz×km, và 550 m cho 50 μm/500 MHz×km đa mode.^[9][10] Trong thực tế, với chất lượng sợi, quang học và kết thúc chất lượng tốt, 1000BASE-SX thường sẽ hoạt động trong khoảng cách xa hơn đáng kể.

Tiêu chuẩn này rất phổ biến cho các liên kết nội bộ trong các tòa nhà văn phòng lớn, các cơ sở đồng địa điểm và trao đổi Internet trung lập với nhà mạng..

Thông số kỹ thuật công suất quang của giao diện SX: công suất đầu ra tối thiểu = −9.5 dBm. Độ nhạy thu tối thiểu = −17 dBm.

1000BASE-LX

1000BASE-LX là một chuẩn Gigabit Ethernet sợi quang đặc tả trong IEEE 802.3 Điều 38 trong đó sử dụng tia laser bước sóng dài (1,270–1,355 nm), và độ rộng phổ RMS tối đa là 4 nm.

1000BASE-LX được chỉ định để hoạt động trong khoảng cách lên tới 5 km trên sợi đơn mode 10μm.

1000BASE-LX cũng có thể chạy trên tất cả các loại sợi quang đa mode phổ biến với chiều dài segment tối đa là 550m. Đối với khoảng cách liên kết lớn hơn 300m, việc sử dụng một dây vá điều hòa khởi động đặc biệt có thể được yêu cầu.^[11] Điều này khởi động tia laser ở độ lệch chính xác từ trung tâm của sợi làm cho nó lan ra khắp đường kính của lõi sợi, làm giảm hiệu ứng được gọi là độ trễ chế độ vi sai xảy ra khi laser kết hợp với một số lượng nhỏ các chế độ khả dụng trong sợi quang đa mode

Xem thêm

• List of device bandwidths
• Physical Coding Sublayer

Chú thích

1. “IEEE 802.3ae 10Gb/s Ethernet Task Force”. www.ieee802.org. Truy cập ngày 3 tháng 6 năm 2024.
2. “Power Macintosh G4 (Gigabit Ethernet)”. apple-history.com. Truy cập ngày 5 tháng 11 năm 2007.
3. A single repeater per collision domain is defined in IEEE 802.3 2008 Section 3: 41. Repeater for 1000 Mb/s baseband networks
4. Charles E. Spurgeon (2014). Ethernet: The Definitive Guide (ấn bản thứ 2). O'Reilly Media. ISBN 978-1-4493-6184-6.
5. “Gigabit Ethernet Multimode SFP MT-RJ Transceiver” (PDF). tyco Electronics. ngày 1 tháng 11 năm 2003. Truy cập ngày 26 tháng 8 năm 2018.
6. “1000BASE-RH PHY system simulations” (PDF). IEEE 802.3bv Task Force. ngày 8 tháng 9 năm 2015. Truy cập ngày 25 tháng 8 năm 2018.
7. “Optical Ethernet in Automotive” (PDF). Knowledge Development for POF S.L. (KDPOF). ngày 3 tháng 7 năm 2017. Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 10 tháng 9 năm 2018. Truy cập ngày 25 tháng 8 năm 2018.
8. “1000BaseCX”. The Network Encyclopedia. Ciberforma Lda.
9. “Ethernet Media Standards and Distances”. kb.wisc.edu. Truy cập ngày 1 tháng 2 năm 2017.
10. IEEE 802.3 Table 38–2—Operating range for 1000BASE-SX over each optical fiber type
11. “Mode-Conditioning Patch Cord Installation Note”. Truy cập ngày 14 tháng 2 năm 2009.

Đọc thêm

• Norris, Mark, Gigabit Ethernet Technology and Applications, Artech House, 2002. ISBN 1-58053-505-4

Liên kết ngoài

• Get IEEE 802.3
• IEEE 802.3
• IEEE and Gigabit Ethernet Alliance Announce Formal Ratification of gigabit Ethernet Over Copper Standard Lưu trữ 2009-07-31 tại Wayback Machine - Announcement from IEEE ngày 28 tháng 6 năm 1999
• IEEE P802.3ab 1000BASE-T Task Force (historical information)
• IEEE 802.3 CSMA/CD (ETHERNET)
• 1000BASE-T Whitepaper from 10GEA Lưu trữ 2012-07-02 tại Wayback Machine
• Gigabit Ethernet Auto-Negotiation