Гигабитный кабель витая пара. Витая пара: десять гигабит под прицелом

Витая пара обжим схема. Что это такое и с чем его едят?

Витая пара – это специальный кабель, состоящий из четырех пар медных жил, свитых между собою.

Благодаря такой конструкции удается ощутимо снизить воздействие всякого рода помех.

Кабели широко используются при – данный способ передачи и получения информации заслуженно остается самым надежным, быстрым и удобным.

Обжим витой пары

Под обжимом витой пары подразумевают процедуру закрепления специальных разъемов, расположенных на конце шнура.

В качестве разъемов обычно используют 8-контактные коннекторы 8P8C, известные большинству из нас под названием RJ-45. Разъемы могут быть двух видов:

• неэкранированные – предназначенные для провода UTP;
• экранированные – для кабелей или STP.

К выбору коннектора нужно отнестись весьма внимательно, часть из них используются только профессионалами, ведь для их установки нужны знание, опыт и сноровка.

Обратите внимание! Лучше не покупать коннекторы вместе со вставкой – их предназначение, разработано специально для мягких и, в частности, многожильных проводов, и использовать их для закрепления твердого медного кабеля очень неудобно.

С коннектором несложно разобраться самостоятельно, его конструкция достаточно проста и понятна – внутри устройства имеется 8 углублений-канавок (для каждой медной жилы шнура), вверху которых имеются металлические контакты.

Чтобы правильно определить нумерацию контактов, нужно коннектор повернуть так, чтобы контакты расположились вверху, защелкой к себе.

При этом напротив будет находиться входной разъем. В таком положении контакт №1 будет справа, а № 8, соответственно, слева.

Нумерация - это важная информация, при выполнении процедуры обжима.

Поэтому обязательно запомните, как правильно определять , это поможет правильно закрепить провод и установить соединение.

Различают пару схем для распределения: EIA/TIA-568А и EIA/TIA-568B. Отличие между схемами заключается в расположении жил.

Так как все четыре пары жил, свитых внутри шнура, имеют изоляцию разного цвета, то повторить схему соединения самостоятельно под силу всем.

Важно! Укладку всегда начинаем с первого контакта к восьмому.

Цветовое расположение жил в схеме 568A:

1. бело-зеленый;
2. зеленый;
3. бело-оранжевый;
4. синий;
5. бело-синий;
6. оранжевый;
7. бело-коричневый;
8. коричневый.

Витая пара обжим схема568A используется для соединения между собой компьютеров, при создании локальной сети.

Цветовое расположение жил в схеме 568В:

1. бело-оранжевый;
2. оранжевый;
3. бело-зеленый;
4. синий;
5. бело-синий;
6. зеленый;
7. бело-коричневый;
8. коричневый.

Данная таблица пригодится, если нужно установить соединение между роутером и компьютером.

Способы обжима

Сетевые провода, предназначенные для соединения между собою компьютеров и разных видов сетевого оборудования , используют два варианта обжима кабеля – кроссовый и прямой.

Прямой обжим шнура применяют при изготовлении кабеля, который будет служить для подключения разных видов сетевого оборудования и клиентских устройств к компьютеру, а также для связи сетевого оборудования между собою.

Данный способ обжима – самый распространенный и часто используемый.

Кроссовый способ обжима применяется при изготовлении провода, предназначенного для соединения между собою .

При этом в коммутации не участвует дополнительное оборудование.

Реже перекрестный шнур применяют, объединяя старые в сеть через порты типа up-link.

Для изготовления прямого вида, можно использовать любую схему обжима, главное условие – оба конца кабеля обжимаются идентично.

Чаще всего при создании прямого сетевого шнура используется схема 568В.

Иногда, чтобы изготовить прямой тип, можно использовать не четыре витые пары, а только две.

При помощи такого кабеля можно подключить к сети две единицы компьютерного оборудования .

Такой способобжима витой пары в RJ-45используется в случае, если в планах нет высокого локального трафика, скорость обмена данных будет равна показателю 100 Мбит/c.

Для примера показана схемараспиновки rj45, в которой участвуют зеленая и оранжевая. Для обжима иного типа, оранжевую заменяет коричневая, а зеленую – синяя.

Но инструкция подключения контактов остается неизменной.

Если нужно изготовить кроссовый кабель, один конец по 568А схеме, а второй - 568В.

При изготовлении такого кабеля непременно участвуют все восемь медных жил.

Если нужно изготовить кроссовера, который обеспечит скорость обмена данных между компьютерами до 1000 Мбит/c, используют особый способ обжима.

Один конец будет обжат по примеру схемы 568В, а иной конец имеетраспиновку rj45 по цветам:

1. бело-зелёный;
2. зелёный;
3. бело-оранжевый;
4. бело-коричневый;
5. коричневый;
6. оранжевый;
7. синий;
8. бело-синий.

Данная схема обжима отличается от уже рассматриваемой нами 568А – коричневая и синяя пары, взаимно заменили друг друга, сохранив общую последовательность.

Если оба конца кабеля зажать по схеме 568В, получим прямой сетевой кабель, который подойдет для соединения ПК с коммутатором.

Если один конец кабеля обжат по схеме 568В, а второй – по схеме 568А, имеем кроссовый кабель, подходящий для соединения компьютеров.

Если требуется изготовить гигабитный перекрестный кабель, то следует применить особую схему обжатия.

Ещё десять лет назад домашний Интернет был редкостью, сейчас в городах он есть практически у всех. Причем устройство уже не одно, вот и приходится делать дома довольно разветвленную сеть, тянуть провода, устанавливать интернет-розетки. Провода для интернета называются витой парой. Заканчиваются они специальной вилкой-коннектором. Сам процесс подключения кабеля к коннектору называют «обжим витой пары». О том, что это такое и как сделать все своими руками и поговорим дальше.

Витая пара — специальный кабель, который состоит из одной или более пар медных проводов в защитной оболочке, скрученных между собой с определенным шагом. Если в кабеле несколько пар, шаг их скрутки разный. Это позволяет уменьшить влияние проводников друг на друга. Используется витая пара для создания сетей передачи данных (Интернет). Кабель подключается к устройствам через специальные коннекторы, которые вставляются в стандартизованные разъемы оборудования.

Виды и типы

Витая пара может быть защищенной и нет. Защищенная пара имеет экраны из алюминиевой фольги или оплетки. Защита может быть общей — на кабель — и попарной — на каждую пару отдельно. Для прокладки в помещениях можно брать неэкранированный кабель (маркировка UTP) или с общим экраном из фольги (FTP). Для прокладки на улице лучше брать еще с дополнительной металлической оплеткой (SFTP). Если по трассе витая пара идет параллельно с электрическими кабелями, имеет смысл взять кабель с защитой каждой пары (STP и S/STP). Благодаря двойному экрану длина такого кабеля может быть более 100 м.

Витая пара — кабель, который используют для подключения проводного интернета

Еще есть витая пара многожильная и одножильная. Одножильные провода хуже гнутся, но имеет лучшие характеристики (сигнал можно предавать на большие расстояния) и лучше переносят обжим. Их используют при подключении интернет-розеток. В этом случае кабель фиксируется при монтаже и затем почти не изгибается.

Многожильная витая пара хорошо гнется, но имеет большее затухание (хуже проходит сигнал), ее проще прорезать при обжиме, сложнее вставить в коннектор. Используется там, где важна гибкость — от интернет-розетки до оконечного устройства (компьютера, ноутбука, роутера).

Выбор категории и защитной оболочки

И несколько слов о цвете защитной оболочки и форме кабеля. Чаще всего встречается серая витая пара, но есть и оранжевая (ярко-красная). Первый вид — обычная, второй — в оболочке, не поддерживающей горение. Негорючую витую пару имеет смысл использовать в деревянных домах (на всякий случай), но особой необходимости в этом нет.

По форме витая пара может быть круглой или плоской. Круглая витая пара используется практически везде, а плоская нужна только при прокладке по полу. Хотя никто вам не мешает пустить ее под плинтусом или в специальном плинтусе с .

Количество пар

В основном витая пара выпускается из 2 пар (4 провода) и 4 пар (8 проводов). По современным стандартами при скорости до 100 Мб/сек можно использовать двухпарные кабели (четыре провода). При скорости от 100 Мб/сек до 1 Гб/сек нужны 4 пары (восемь проводов).

Лучше сразу брать кабель на 8 проводов…чтобы не пришлось перетягивать

В настоящее время скорость передачи данных при Интернет соединении для частных домов и квартир не превышает 100 Мб/сек, то есть можно брать витую пару из 4 проводов. Но ситуация меняется настолько быстро, что нет гарантии, что через несколько лет порог в 100 Мб/сек будет превышен, а значит, придется перетягивать кабель. Собственно, уже сейчас есть тарифы со скоростью 120 Мбит/сек и выше. Так что лучше все-таки сразу тянуть 8 проводов.

Что такое обжим витой пары и как его делать

Для подключения к периферийному устройству витая пара заканчивается штекером специальной формы — коннектором, в бороздки которого заводятся провода. Заканчиваются эти бороздки медными контактными пластинами, а примерно посредине их длины перпендикулярно к плоскости пластин установлена металлическая пластина с прорезями (ножи). Когда происходит обжим витой пары, вставленные провода прижимаются к ножам, они прорезают защитную оболочку проводов, а сами плотно прижимаются к медному проводнику, обеспечивая хороший контакт.

На первый взгляд такой способ соединения кажется ненадежным, но практика показала, что он, как минимум, не уступает качественной пайке, а порой еще и надежнее, так как шансы повредить изоляцию минимальны. Но хороший контакт обеспечивается только при условии соблюдения стандартов при изготовлении коннекторов и витой пары.

Для обжима витой пары нужны специальные клещи с гнездом под разъем. В это гнездо вставляется разъем с заправленными в него проводами, потом клещи сжимаются до упора. На этом обжим витой пары окончен. Такой способ надежен, так как усилие клещи развивают стандартное, которое как раз необходимо для прорезания изоляции, но недостаточно для того чтобы повредить проводники. Такие обжимные клещи (или обжимки) стоят порядка 15-18$. Если вам надо установить несколько коннекторов, уже можно подумать о покупке такого оборудования. Если нужно оконечить всего один кусок кабеля, можно попробовать обойтись обычной отверткой или плоскогубцами.

При обжиме витой пары отверткой, каждый проводок отдельно вдавливается в вдавливается в нож до прорезания оболочки. Способ не самый удобный — отвертка соскальзывает, сложно проконтролировать прорезана ли оболочка, нет уверенности в том, что провод не повредился. Но такой способ обжима тоже возможен.

При обжиме витой пары плоскогубцами надо быть еще аккуратнее. Губками прижимаем пластину, но так как форма у плоскогубцев не заточена под разъем, легко пережать по краям провода или поломать корпус. Потому жмем понемногу, с одной и с другой стороны. Если середина не прожалась, возьмите отвертку и поправьте провода ей.

Выбор схемы распиновки проводов

Как вы догадываетесь, провода в коннекторе надо располагать в определенном прядке. Этот порядок на языке профессионалов называется «распиновка». В нашей стране приняты две схемы расположения проводов: прямая (568В) и перекрестная (kross-over на русском «кросс-овер», обозначается 568А). Прямая распиновка используется при соединении свича/хаба/роутера с компьютером или другим устройством, перекрестная — при соединении двух компьютеров напрямую. То есть, обычно используем прямую схему, которая маркируется 568B. Порядок проводов при обжиме витой пары в этом случае как на фото.

Если посмотрите на эту схему, поймете, почему она называется прямой. Потому что если обжим витой пары делают с ее помощью, провода на обоих концах шнура (если делается он) располагаются одинаково.

На следующей схеме приведена перекрестная схема распиновки витой пары. С названием тоже все понятно — на ответной стороне провода расположены в другом — перевернутом- порядке.

Есть еще схема для обжима витой пары на 4 жилы (двухпарный кабель). Часть дорожек в коннекторе при этом остаются пустыми. Но порядок действий не меняется.

Этот способ соединения используется только для подключения периферийных устройств, так что схема только прямая. Обратите внимание, на каждой схеме стоят цифры от 1 до 8. Они обозначают номер контакта. При укладке проводов в коннектор или при подключении к розетке, на корпусе ищите цифры. Они выдавлены, но на прозрачном или белом пластике рассмотреть их непросто. Найдя цифры 1 или 8 вы знаете, как надо держать коннектор и в каком порядке располагать провода.

Порядок обжима витой пары

Теперь собственно о самом процессе. При работе надо быть аккуратным, чтобы не повредить проводники или изоляцию в неположенном месте. Если нет специальных инструментов для зачистки изоляции, пользуются канцелярским или остро заточенным кухонным ножом. Чтобы не повредить изоляцию, сначала лишь немного ее надрезаете, потом кабель сгибаете. В полимерную оболочку специально добавляют мел, что делает ее хрупкой при изломе. Так что чуть надрезанная изоляция при изгибе лопается. Это что касается зачистки оболочки кабеля. Надо будет еще обрезать проводники, тут никаких особых хитростей — берете кусачки и откусываете.

Порядок действий при обжиме витой пары такой:

1. С кабеля аккуратно снимаем изоляцию. Делаем надрез на расстоянии около 15 мм от края, не стараясь прорезать оболочку насквозь. Затем беремся за кабель с двух сторон от разреза и сгибаем. Оболочка лопается по месту реза. Надо пару раз изменить направление изгиба, чтобы изоляция отделилась полностью. Затем просто тянем отделившийся кусок в сторону, он снимается без особых усилий.

   

2. Проводники расправляем, если есть экран, его скручиваем и отгибаем в сторону. Провода выкладываем по цветам согласно требуемой схемы. Зажимаем их между большим и указательным пальцами, расправляем, чтобы они были прямыми и шли один возле другого.

   

3. Берем кусачки, отрезаем провода так, чтобы они торчали начала изоляции на 9-10 мм.

   

4. Берем коннектор RJ-45, поворачиваем «хвостиком» вниз, вставляем провода в желобки. Это, пожалуй, самая сложная часть. Без опыта они лезть на свои места не хотят.

   

5. Вставленные провода продвигаем вперед до упора. При этом, если вы правильно отрезали провода, край изоляции упирается в риску на коннекторе. Именно такой обжим интернет кабеля будет работать без проблем. Если из коннектора выходит не кабель в оболочке, а торчат провода в изоляции, через некоторое время возможны проблемы, придется обжимать витую пару по-новой.

   

   «До упора» — это чтобы и провода дошли до конца желобков, и изоляция уперлась в бортик

6. Берем клещи, в гнездо вставляем коннектор (там прорезь специальной формы, так что не ошибетесь), сжимаем ручки. На этом обжим витой пары закончен.

   

   Обжим витой пары, последний этап — прижимаем клещами

Видео по теме

Как ни описывай процессы словами, лучше посмотреть все в действии. Потому видео стоит посмотреть чтобы иметь полное представление о том, что придется делать и как. В следующем ролике рассказывают как обжать интернет кабель без специальных клещей.

Процесс обжимки витой пары на 4 жилы не слишком отличается от восьмижильного, но есть определенные трудности при попытках заправить провода в нужные канавки.

Интернет кабель может заканчиваться не только коннектором. Он может заходить в интернет-розетку. К ней тоже надо подвести витую пару и подключить ее.

Современный мир все больше входит в зависимость от объемов и потоков информации, идущей в различных направлениях по проводам и без них. Все началось достаточно давно и с более примитивных средств, чем сегодняшние достижения цифрового мира. Но описывать все виды и способы, при помощи которых один человек доносил нужные сведения до сознания другого, мы не намерены. В данной статье хочется предложить читателю рассказ о не так давно созданном и успешно развивающемся сейчас стандарте передачи цифровой информации, который называется Ethernet.

Рождение самой идеи и технологии Ethernet происходило в стенах корпорации Xerox PARC вместе с другими первыми разработками этого же направления. Официальной датой изобретения Ethernet стало 22 мая 1973 года, когда Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) составил докладную записку для главы PARC о потенциале технологии Ethernet. Однако запатентовали ее только через несколько лет.

В 1979 году Меткалф ушёл из Xerox и основал компанию 3Com, главной задачей которой стало продвижение компьютеров и локальных вычислительных сетей (ЛВС). Заручившись поддержкой таких именитых компаний как DEC, Intel и Xerox был разработан стандарт Ethernet (DIX). После официальной публикации 30 сентября 1980 года он начал соперничество с двумя крупными запатентованными технологиями - token ring и ARCNET, которые впоследствии были полностью вытеснены, из-за их меньшей эффективности и большей себестоимости, чем продукция для Ethernet.

Изначально по предложенным стандартам (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) собирались использовать в качестве передающей среды коаксиальный кабель, но в дальнейшем пришлось отказаться от этой технологии и перейти на использование оптических кабелей и витой пары.

Основным преимуществом в начале развития технологии Ethernet стал метод управления доступом. Он подразумевает множественные соединения с контролем несущей и обнаружение коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных при этом равна 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, в нем же описаны методы кодирования данных. Предельное значение рабочих станций в одном разделяемом сегменте сети ограничено числом 1024, но возможны и другие более малые значения при установке более жестких ограничений к сегменту тонкого коаксиала. Но такое построение очень скоро стало неэффективным и на смену ему в 1995 году пришел стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с, а позже был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с. На данный момент уже в полной мере используется 10 Gigabit Ethernet IEEE 802.3ae, обладающий скоростью в 10 000 Мбит/с. Кроме того, уже имеем разработки направленные на достижение скорости в 100 000 Мбит/с 100 Gigabit Ethernet, но обо всем по порядку.

Очень важной позицией, лежащей в основе стандарта Ethernet, стал формат его кадра. Однако его вариантов существует довольно много. Вот некоторые из них:

Variant I первенец и уже вышедший из применения.

Ethernet Version 2 или Ethernet-кадр II, ещё называемый DIX (аббревиатура первых букв фирм-разработчиков DEC, Intel, Xerox) - наиболее распространена и используется по сей день. Часто используется непосредственно протоколом интернет.

Novell - внутренняя модификация IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control).

Кадр IEEE 802.2 LLC.

Кадр IEEE 802.2 LLC/SNAP.

В качестве дополнения, Ethernet-кадр может содержать тег IEEE 802.1Q, для идентификации VLAN, к которой он адресован, и IEEE 802.1p для указания приоритетности.

Некоторые сетевые карты Ethernet, производимые компанией Hewlett-Packard использовали при работе кадр формата IEEE 802.12, соответствующий стандарту 100VG-AnyLAN.

Для различных типов кадра имеют и различные форматы и значения MTU.

Функциональные элементы технологии G igabit Ethernet

Отметим, что производители Ethernet-карт и других устройств в основном включают в свою продукцию поддержку нескольких предыдущих стандартов скоростей передачи данных. По умолчанию, используя автоопределение скорости и дуплексности, сами драйвера карты определяют оптимальный режим работы соединения между двумя устройствами, но, обычно, есть и ручной выбор. Так покупая устройство с портом Ethernet 10/100/1000, мы получаем возможность работать по технологиям 10BASE-T, 100BASE-TX, и 1000BASE-T.

Приведем хронологию модификаций Ethernet , разделив их по скоростям передачи.

Первые решения:

Xerox Ethernet - оригинальная технология, скорость 3 Мбит/с, существовала в двух вариантах Version 1 и Version 2, формат кадра последней версии до сих пор имеет широкое применение.

10BROAD36 - широкого распространения не получил. Один из первых стандартов, позволяющий работать на больших расстояниях. Использовал технологию широкополосной модуляции, похожей на ту, что используется в кабельных модемах. В качестве среды передачи данных использовался коаксиальный кабель.

1BASE5 - также известный, как StarLAN, стал первой модификацией Ethernet-технологии, использующей витую пару. Работал на скорости 1 Мбит/с, но не нашёл коммерческого применения.

Более распространенные и оптимизированные для своего времени модификации 10 Мбит/с Ethernet:

10BASE5, IEEE 802.3 (называемый также «Толстый Ethernet») - первоначальная разработка технологии со скоростью передачи данных 10 Мбит/с. IEEE использует коаксиальный кабель, с волновым сопротивлением 50 Ом (RG-8), с максимальной длиной сегмента 500 метров.

10BASE2, IEEE 802.3a (называемый «Тонкий Ethernet») - используется кабель RG-58, с максимальной длиной сегмента 200 метров. Для присоединения компьютеров друг к другу и подключения кабеля к сетевой карте нужен T-коннектор, а на кабеле должен быть BNC-коннектор. Требуется наличие терминаторов на каждом конце. Многие годы этот стандарт был основным для технологии Ethernet.

StarLAN 10 - Первая разработка, использующая витую пару для передачи данных на скорости 10 Мбит/с. В дальнейшем, эволюционировал в стандарт 10BASE-T.

10BASE-T, IEEE 802.3i - для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары (две скрученные пары) категории 3 или категории 5. Максимальная длина сегмента 100 метров.

FOIRL - (акроним от англ. Fiber-optic inter-repeater link). Базовый стандарт для технологии Ethernet, использующий для передачи данных оптический кабель. Максимальное расстояние передачи данных без повторителя 1 км.

10BASE-F, IEEE 802.3j - Основной термин для обозначения семейства 10 Mбит/с Eethernet-стандартов, использующих оптоволоконный кабель на расстоянии до 2 километров: 10BASE-FL, 10BASE-FB и 10BASE-FP. Из перечисленного только 10BASE-FL получил широкое распространение.

10BASE-FL (Fiber Link) - Улучшенная версия стандарта FOIRL. Улучшение коснулось увеличения длины сегмента до 2 км.

10BASE-FB (Fiber Backbone) - Сейчас неиспользуемый стандарт, предназначался для объединения повторителей в магистраль.

• 10BASE-FP (Fiber Passive) - Топология «пассивная звезда», в которой не нужны повторители – разработана, но никогда не применялась.

Самый распространенный и недорогой выбор на момент написания статьи Быстрый Ethernet (100 Мбит/с) (Fast Ethernet ):

100BASE-T - Основной термин для обозначения одного из трёх стандартов 100 Мбит/с Ethernet, использующий в качестве среды передачи данных витую пару. Длина сегмента до 100 метров. Включает в себя 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.

100BASE-TX, IEEE 802.3u - Развитие технологии 10BASE-T, используется топология «звезда», задействован кабель витая пара категории 5, в котором фактически используются 2 пары проводников, максимальная скорость передачи данных 100 Мбит/с.

100BASE-T4 - 100 MБит/с Ethernet по кабелю категории 3. Задействованы все 4 пары. Сейчас практически не используется. Передача данных идёт в полудуплексном режиме.

100BASE-T2 - Не используется. 100 Mбит/с Ethernet через кабель категории 3. Используется только 2 пары. Поддерживается полнодуплексный режим передачи, когда сигналы распространяются в противоположных направления по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении - 50 Mбит/с.

100BASE-FX - 100 Мбит/с Ethernet с помощью оптоволоконного кабеля. Максимальная длина сегмента 400 метров в полудуплексном режиме (для гарантированного обнаружения коллизий) или 2 километра в полнодуплексном режиме по многомодовому оптическому волокну.

100BASE-LX - 100 Мбит/с Ethernet с помощью оптоволоконного кабеля. Максимальная длина сегмента 15 километров в полнодуплексном режиме по паре одномодовых оптических волокон на длине волны 1310 нм.

100BASE-LX WDM - 100 Мбит/с Ethernet с помощью оптоволоконного кабеля. Максимальная длина сегмента 15 километров в полнодуплексном режиме по одному одномодовому оптическому волокну на длине волны 1310 нм и 1550 нм. Интерфейсы бывают двух видов, отличаются длиной волны передатчика и маркируются либо цифрами (длина волны) либо одной латинской буквой A (1310) или B (1550). В паре могут работать только парные интерфейсы, с одной стороны передатчик на 1310 нм, а с другой на 1550 нм.

Gigabit Ethernet

1000BASE-T, IEEE 802.3ab - Стандарт Ethernet 1 Гбит/с. Используется витая пара категории 5e или категории 6. В передаче данных участвуют все 4 пары. Скорость передачи данных - 250 Мбит/с по одной паре.

1000BASE-TX, - Стандарт Ethernet 1 Гбит/с, использующий только витую пару категории 6. Передающие и принимающие пары разделены физически по две пары в каждом направлении, что существенно упрощает конструкцию приемопередающих устройств. Скорость передачи данных - 500 Мбит/с по одной паре. Практически не используется.

1000Base-X - общий термин для обозначения технологии Гигабит Ethernet со сменными трансиверами GBIC или SFP.

1000BASE-SX, IEEE 802.3z - 1 Гбит/с Ethernet технология использует лазеры с допустимой длиной излучения в пределах диапазона 770-860 нм, мощность излучения передатчика в пределах от -10 до 0 дБм при отношении ON/OFF (сигнал/нет сигнала) не меньше 9 дБ. Чувствительность приемника 17 дБм, насыщение приемника 0 дБм. Используя многомодовое волокно, дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров.

1000BASE-LX, IEEE 802.3z - 1 Гбит/с Ethernet технология использует лазеры с допустимой длиной излучения в пределах диапазона 1270-1355 нм, мощность излучения передатчика в пределах от 13,5 до 3 дБм, при отношении ON/OFF (есть сигнал/нет сигнала) не меньше 9 дБ. Чувствительность приемника 19 дБм, насыщение приемника 3 дБм. При использовании многомодового волокна дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров. Оптимизирована для дальних расстояний, при использовании одномодового волокна (до 40 км).

1000BASE-CX - Технология Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 25 метров), используется специальный медный кабель (Экранированная витая пара (STP)) с волновым сопротивлением 150 Ом. Заменён стандартом 1000BASE-T, и сейчас не используется.

1000BASE-LH (Long Haul) - 1 Гбит/с Ethernet технология, использует одномодовый оптический кабель, дальность прохождения сигнала без повторителя до 100 километров.

Стандарт	Тип кабеля	Полоса пропускания (не хуже), МГц*Км	Макс. расстояние, м *
1000BASE-LX (лазерный диод 1300 нм)	Одномодовое волокно (9 мкм)
	Многомодовое волокно (50 мкм)
	Многомодовое волокно (62,5 мкм)
1000BASE-SX (лазерный диод 850 нм)	Многомодовое волокно (50 мкм)
	Многомодовое волокно (62,5 мкм)
	Многомодовое волокно (62,5 мкм)
	Экранированная витая пара STP (150 ОМ)
* стандарты 1000BASE-SX и 1000BASE-LX предполагают наличие дуплексного режима ** Оборудование некоторых производителей может обеспечивать большее расстояние, оптические сегменты без промежуточных ретрансляторов/усилителей могут достигать 100 км.

Технические характеристики стандартов 1000Base-X

10 Gigabit Ethernet

Еще достаточно дорогой, но вполне востребованный, новый стандарт 10 Гигабит Ethernet включает в себя семь стандартов физической среды для LAN, MAN и WAN. В настоящее время он описывается поправкой IEEE 802.3a и должен войти в следующую ревизию стандарта IEEE 802.3.

10GBASE-CX4 - Технология 10 Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 15 метров), используется медный кабель CX4 и коннекторы InfiniBand.

10GBASE-SR - Технология 10 Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 26 или 82 метров, в зависимости от типа кабеля), используется многомодовое оптоволокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров с использованием нового многомодового оптоволокна (2000 МГц/км).

10GBASE-LX4 - использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому оптоволокну. Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании одномодового оптоволокна.

10GBASE-LR и 10GBASE-ER - эти стандарты поддерживают расстояния до 10 и 40 километров соответственно.

10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW - Эти стандарты 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 10GBASE-ER соответственно, так как используют те же самые типы кабелей и расстояния передачи.

10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 - принят в июне 2006 года после 4 лет разработки. Использует экранированную витую пару. Расстояния - до 100 метров.

И наконец, что мы знаем про 100-Gigabit Ethernet (100-GE), еще достаточно сырую, но вполне востребованную технологию.

В апреле 2007 года, после собрания комитета IEEE 802.3 в Оттаве, исследовательской группой Higher Speed Study Group (HSSG) было принято мнение о технических подходах в формировании оптических и медных каналов 100-GE. На данное время окончательно сформирована рабочая группа 802.3ba по разработке спецификации 100-GE.

Как и в предыдущих разработках, стандарт 100-GE будет учитывать не только экономические и технические возможности его осуществления, но и их обратную совместимость с имеющимися системами. На данное время потребность в таких скоростях неоспоримо доказана ведущими компаниями. Постоянно растущие объемы персонализированного контента, в том числе при доставке видео с порталов типа YouTube и других ресурсов, применяющих технологии IPTV и HDTV. Нужно упомянуть также видео по требованию. Все это определяет потребность в 100 Gigabit Ethernet операторов и сервис-провайдеров.

Но на фоне большого выбора старых и перспективно новых технологических подходов в рамках группы Ethernet мы хотим более подробно остановиться на технологии, которая сегодня только приобретает полноценную массовость использования в связи с понижением стоимости ее компонентов. Gigabit Ethernet может полноценно обеспечить работу таких приложений, как потоковое видео, видеоконференции, передача сложных изображений предъявляющих повышенные требования к пропускной способности канал. Преимущества повышения скоростей передачи в корпоративных и домашних сетях становятся все более бесспорным, с падением цен на оборудование такого класса.

Сейчас получил максимальную популярность стандарт IEEE. Принятый в июне 1998 года, он был утвержден как IEEE 802.3z. Но поначалу в качестве среды передачи использовался только оптический кабель. С утверждением в течение последующего года дополнения стандарта 802.3ab средой передачи стала неэкранированная витая пара пятой категории.

Gigabit Ethernet является прямым потомком Ethernet и Fast Ethernet, хорошо зарекомендовавших себя за почти двадцатилетнюю историю, сохранив их надежность и перспективность использования. Наряду с предусмотренной обратной совместимостью с предыдущими решениями (кабельная структура остается неизменной) он обеспечивает теоретическую пропускную способность в 1000 Мбит/сек, что приблизительно равно 120 Мб в секунду. Стоит отметить, что такие возможности практически равны скорости 32-битной шины PCI 33 МГц. Именно поэтому гигабитные адаптеры выпускаются как для 32-битной PCI (33 и 66 МГц), так и для 64-битной шины. Наряду с таким увеличением скорости Gigabit Ethernet унаследовал все предыдущие особенности Ethernet, такие как формат кадров, технологию CSMA/CD (чувствительный к передаче множественный доступ с обнаружением коллизий), полный дуплекс и т.д. Хотя высокие скорости внесли и свои нововведения, но именно в наследовании старых стандартов состоит огромное преимущество и популярность Gigabit Ethernet. Конечно, сейчас предложены и другие решения, такие как ATM и Fibre Channel, но здесь сразу теряется главное преимущество для конечного потребителя. Переход на другую технологию ведет за собой массовую переделку и переоборудование сетей предприятия, тогда как Gigabit Ethernet позволит плавно наращивать скорость и не изменять кабельное хозяйство. Такой подход и позволил Ethernet-технологии занять доминирующее место в области сетевых технологий и завоевать более 80 процентов мирового рынка передачи информации.

Структура построения сети Ethernet с плавным переходам на более высокие скорости передачи данных.

Изначально все стандарты Ethernet разрабатывались с использованием в качестве среды передачи только оптического кабеля - так и Gigabit Ethernet получил интерфейс 1000BASE-X. Он основывается на стандарте физического уровня Fibre Channel (это технология взаимодействия рабочих станций, устройств хранения данных и периферийных узлов). Так как эта технология уже была одобрена ранее, такое заимствование сильно сократило время на разработку стандарта Gigabit Ethernet. 1000BASE-X

Нас, как и простого обывателя, больше заинтересовал 1000Base-CX в виду его работы на экранированной витой паре (STP «twinax») на короткие расстояния и 1000BASE-T для неэкранированной витой пары категории 5. Главным отличием 1000BASE-T от Fast Ethernet 100BASE-TX стало то, что используются все четыре пары (в 100BASE-TX использовались только две). Каждая пара при этом может передавать данные со скоростью 250 Мбит/сек. Стандарт обеспечивает дуплексную передачу, причем поток по каждой паре обеспечивается в двух направлениях одновременно. В связи с сильными помехами при такой передаче технически реализовать гигабитную передачу по витой паре было намного сложнее, чем в 100BASE-TX, что потребовало разработки специальной скремблированной помехоустойчивой передачи, а также интеллектуального узла распознавания и восстановления сигнала на приеме. В качестве метода кодирования в стандарте 1000BASE-T было использовано 5-уровневое импульсно-амплитудное кодирование PAM-5.

Критерии по выбору кабеля тоже стали более жесткими. Для уменьшения наводок, однонаправленной передачи, возвратных потерь, задержек и фазового сдвига, была принята к использованию категория 5e для неэкранированной витой пары.

Обжим кабеля для 1000BASE-T производится по одной из следующих схем:

Прямой (straight-through) кабель.

Перекрестный (crossover) кабель.

Схемы обжима кабеля для 1000BASE-T

Нововведения коснулись и уровня MAC-стандарта 1000BASE-T. В Ethernet-сетях максимальное расстояние между станциями (коллизионный домен) определяется исходя из минимального размера кадра (в стандарте Ethernet IEEE 802.3 он равнялся 64 байтам). Максимальная длина сегмента должна быть такой, чтобы передающая станция могла обнаружить коллизию до окончания передачи кадра (сигнал должен успеть пройти в другой конец сегмента и вернуться обратно). Соответственно, при увеличении скорости передачи нужно либо увеличивать размер кадра, тем самым увеличивая минимальное время на передачу кадра, либо уменьшать диаметр коллизионного домена.

При переходе к Fast Ethernet воспользовались вторым вариантом и сократили диаметр сегмента. В Gigabit Ethernet это было неприемлемо. Ведь в этом случае стандарт, наследовавший такие составляющие Fast Ethernet, как минимальный размер кадра, CSMA/CD и время обнаружения коллизии (time slot), сможет работать в коллизионных доменах диаметром не более 20 метров. Поэтому было предложено увеличить время на передачу минимального кадра. Учитывая, что для совместимости с предыдущими Ethernet минимальный размер кадра был оставлен прежним - 64 байта, а к кадру добавилось дополнительное поле carrier extension (расширение носителя), которое дополняет кадр до 512 байт, но поле не добавляется в случае, когда размер кадра больше 512 байт. Таким образом, результирующий минимальный размер кадра получился равным 512 байтам, время на обнаружение коллизии возросло, и диаметр сегмента увеличился до тех же 200 метров (в случае 1000BASE-T). Символы в поле carrier extension не несут смысловой нагрузки, контрольная сумма для них не вычисляется. При приеме кадра это поле отбрасывается еще на уровне MAC, поэтому вышележащие уровни продолжают работать с минимальными кадрами длиной 64 байта.

Но и тут возникли подводные камни. Хоть расширение носителя и позволило сохранить совместимость с предыдущими стандартами, оно привело к неоправданной трате полосы пропускания. Потери могут достигать 448 байт (512-64) на кадр в случае коротких кадров. Поэтому стандарт 1000BASE-T был модернизирован - ввели понятие Packet Bursting (пакетная перегруженность). Она позволяет намного эффектней использовать поле расширения. А работает это следующим образом: если у адаптера или коммутатора есть несколько небольших кадров, требующих отправки, то первый из них отправляется стандартным образом, с добавлением поля расширения до 512 байт. А все последующие отправляются в оригинальном виде (без поля расширения), с минимальным интервалом между ними в 96 бит. И, что самое главное, этот межкадровый интервал заполняется символами расширения носителя. Это происходит до тех пор, пока суммарный размер отправляемых кадров не достигнет предела 1518 байт. Таким образом, среда не замолкает на всем протяжении передачи малых кадров, поэтому коллизия может возникнуть только на первом этапе, при передаче первого правильного малого кадра с полем расширения носителя (размером 512 байт). Этот механизм позволяет существенно повысить производительность сети, особенно при больших нагрузках, за счет уменьшения вероятности возникновения коллизий.

Но и этого оказалось мало. Сначала Gigabit Ethernet поддерживал только стандартные размеры кадров Ethernet - от минимального 64 (дополняемых до 512) до максимального 1518 байт. Из них 18 байт занимает стандартный служебный заголовок, а для данных остается от 46 до 1500 байт соответственно. Но даже пакет данных размером 1500 байт слишком мал в случае гигабитной сети. Особенно для серверов, передающих большие объемы данных. Давайте немного посчитаем. Для передачи файла размером 1 гигабайт по незагруженной Fast Ethernet сети, сервер обрабатывает 8200 пакетов/сек и затрачивает на это минимум 11 секунд. В этом случае только на обработку прерываний у компьютера мощностью 200 MIPS уйдет около 10 процентов времени. Ведь центральный процессор должен обработать (посчитать контрольную сумму, передать данные в память) каждый пришедший пакет.

Скорость	10 Мбит/сек		100 Мбит/сек		1000 Мбит/сек
Размер кадра
Кадры/сек
Скорость передачи данных, Мбит/сек
Интервал между кадрами, мкс

Характеристики передачи сетей Ethernet.

В гигабитных сетях ситуация еще печальней - нагрузка на процессор возрастает примерно на порядок из-за сокращения временного интервала между кадрами и соответственно запросами на прерывания к процессору. Из таблицы 1 видно, что даже в наилучших условиях (использование кадров максимального размера) кадры отстоят друг от друга на временной интервал, не превышающий 12 мкс. В случае использования кадров меньшего размера этот временной интервал только уменьшается. Поэтому в гигабитных сетях узким местом, как ни странно, стал именно этап обработки кадров процессором. Поэтому на заре становления Gigabit Ethernet фактические скорости передачи были далеки от теоретического максимума - процессоры просто не справлялись с нагрузкой.

Очевидным выходом из сложившейся ситуации является следующее:

увеличение временного интервала между кадрами;

перекладывание части нагрузки обработки кадров с центрального процессора на сам сетевой адаптер.

В настоящее время реализованы оба метода. В 1999 году было предложено увеличить размер пакета. Такие пакеты получили название гига-кадры (Jumbo Frames), и их размер мог быть от 1518 до 9018 байт (в настоящее время оборудование от некоторых производителей поддерживает и большие размеры гига-кадров). Jumbo Frames позволили уменьшить нагрузку на центральный процессор до 6 раз (пропорционально своему размеру) и, таким образом, значительно повысить производительность. Например, максимальный пакет Jumbo Frame в 9018 байт, кроме 18-байтового заголовка, содержит 9000 байт под данные, что соответствует шести стандартным максимальным кадрам Ethernet. Выигрыш в производительности достигается не из-за избавления от нескольких служебных заголовков (трафик от их передачи не превышает нескольких процентов общей пропускной способности), а за счет уменьшения времени на обработку такого кадра. Точнее, время на обработку кадра осталось прежним, но вместо нескольких небольших кадров, каждый из которых потребовал бы для себя N тактов процессора и одно прерывание, мы обрабатываем только один, больший кадр.

Довольно быстро развивающийся мир скорости обработки информации предоставляет все более быстрые и недорогие решения по использованию специальных аппаратных средств, для снятия части нагрузки по обработке трафика с центрального процессора. Используется и технология буферизации, обеспечивающая прерывание процессора для обработки нескольких кадров сразу. На данное время технология Gigabit Ethernet становится все более доступной для использования в домашних условиях, что напрямую заинтересует простого пользователя. Более быстрый доступ к домашним ресурсам обеспечит качественный просмотр видео большого разрешения, займет меньше времени для перераспределения информации и, наконец, позволит вживую кодировать видеопотоки на сетевые диски.

При подготовке статьи использовались метериалы ресурсов http://www.ixbt.com/ и http://www.wikipedia.org/ .

Статья прочитана 14104 раз(а)

Подписаться на наши каналы

Витая пара: десять гигабит под прицелом

За десять лет существования в реализациях Ethernet на витой паре удалось обеспечить стократное увеличение производительности. Казалось бы, витая пара уже не располагает возможностями для роста, но сегодня ведутся работы по стандартизации решений, которые позволят покорить десятигигабитный рубеж.

Не надо быть истинным знатоком автоспорта, чтобы понять, что максимум скорости от гоночного болида можно получить только на специальной трассе. В принципе, подобные автомобили могут ездить и по обычным дорогам. К тому же один из них совсем недавно покорил вершину Ай-Петри. Но выходить на штатные режимы, а уж тем более демонстрировать все свои способности в гонке современные болиды могут на специально подготовленной трассе, и то если на ней нет мусора, деталей конструкции поврежденных машин или пролитого масла. Причем такая трасса может проходитьпо городу.

В какой-то степени задачу, подобную организации трассы "Формулы-1" в городской черте, решает сейчас рабочая группа IEEE 802.3an, занимающаяся реализацией чемпионского в секторе локальных сетей приложения, десятигигабитного Ethernet, на столь привычных всем медных линиях. Вопрос только в том, какими должны быть эти линии и каковы особенности десятигигабитной передачи по ним.

Время разбрасывать камни

Работы над стандартом 10 Gigabit Ethernet на витой паре ведутся с ноября 2002 года. Тогда комитетом IEEE 802.3 была сформирована исследовательская группа, задача которой состояла в определении возможностей для передачи десятигигабитного трафика с использованием технологии Ethernet по витой паре с длиной линии до ста метров. Это приложение получило обозначение 10GBaseT – широкополосная передача данных со скоростью 10 Гбит/с по витой паре (T – twisted pair).

Потребность в подобном решении изначально мотивировалась высокой стоимостью оптических вариантов 10 Gigabit Ethernet. Такой исходный посыл является далеко не бесспорным, ведь для достижения столь высокой скорости передачи по витой паре требуются изощренные алгоритмы обработки сигнала, которые должны быть куда более сложными, чем у гигабитного предшественника. Впрочем, подобный момент прекрасно отображает предкризисную ситуацию в телекоммуникациях, когда всем предлагалось взять как можно больше пропускной способности, ведь неизвестно, какой производительности информационных систем потребует день грядущий.

Этот день настал, и большинство подобных призывов, за которыми фактически ничего не стояло, оказалось мыльными пузырями.

В последнее время в некоторых публикациях (десятигигабитная реализация Ethernet на витой паре пользуется широкой популярностью в средствах масс-медиа, в чем легко можно убедиться, если задать на поисковом сервере запрос 10GBaseT) откровенно пропагандируется кабельное оборудование улучшенной шестой и седьмой категории. Мол, медь дорожает, и нужно поспешить с инвестициями в кабельную систему на уровне самых современных требований. Возможно, это вынудило рабочую группу определить для себя, что основным ориентиром в исследованиях является поддержка уже установленных кабельных систем, то есть что она придерживается нынешних тенденций, касающихся продвижения телекоммуникационного оборудования.

Итак, суммарное количество установленных портов неэкранированных кабельных систем превышает 800 млн., довольно значительную долю которых уже составляют решения класса E. В этом случае, даже если число проектов, использующих 10GBaseT, после принятия стандарта будет соответствовать уровню реализации Gigabit Ethernet по меди, можно получить приличные объемы поставок оборудования. Еще одной сферой применения является реализация кластерных подключений в центрах данных. Причем в презентации IEEE 802 10GBaseT Tutorial, представленной в ноябре 2003 года на встрече IEEE в Альбукерке, данное применение приводится под номером один. Благодаря использованию десятигигабитного Ethernet на меди предполагается повышение плотности размещения компьютерного оборудования (поскольку нет необходимости устанавливать медиа-конверторы), достижение наибольшей эффективности в агрегировании трафика, которая, в частности, будет выше, чем в случае 1000BaseT. В качестве дополнительного преимущества для такого применения был представлен тот факт, что многие центры данных находятся в стадии планирования или начальной стадии развертывания. Следовательно, для них не должно возникать проблем в плане соответствия используемых технологий существующим кабельным решениям.

Технически предпосылки

Помимо рыночных возможностей и позиционирования приложения 10GBASE T по передаче данных, исследовательская группа определила основные технические ориентиры, которым должна соответствовать разработка новой спецификации Ethernet. Прежде всего, это преемственность решений нафизическом уровне, включая поддержку формата кадра Ethernet и сохранение величин минимальной и максимальной длины кадра согласно требованиям действующих стандартов группы 802.3, а также автоматический выбор (автосогласование) портом сетевого устройства скорости передачи из ряда от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с, в зависимости от того, какая разновидность сетевой технологии используется там, где регистрируется данный порт.

Кроме того, функционирование 10 Gigabit Ethernet на витой паре должно осуществляться только в полнодуплексном режиме.
Основой для построения физического уровня определены электрические кабельные решения, соответствующие требованиям последних редакций стандартов ISO/IEC и TIA. Это системы на базе четырехпарного кабеля с волновым сопротивлением 100 Ом, в которых используется принцип "иерархической звезды" и модель построения горизонтальных кабельных трактов с четырьмя коннекторами (коммутационная панель для подключения активного оборудования, коммутационная панель горизонтальной подсистемы, точка консолидации в линии и телекоммуникационная розетка на рабочем месте).

Единственное "но", причем весьма существенное с точки зрения стандартов, – это сокращение длины кабельных трактов. Так, одной из задач исследовательской группы IEEE 802. 3an была оценка возможности передачи десятигигабитного трафика по кабельным трактам на меди длиной до 100 м в случае использования компонентов седьмой категории или 55–100 м для компонентов шестой категории. Возможное сокращение длины до 55 м мотивируется тем, что при стандартной длине канала класса E не может гарантироваться передача с требуемой скоростью, поскольку рабочие частоты превышают граничную частоту для данного кабельного оборудования. Выбор длины был сделан на основании оценок количества кабельных трактов разной длины. Согласно данным IEEE, до 70%кабельных трактов не превышают 55 м.

В этом году в IEEE принято окончательное решение о стандартизации 10 Gigabit Ethernet, к которой приступила рабочая группа IEEE 802.3an. Первая черновая редакция стандарта должна появиться в конце текущего года, а его окончательное утверждение запланировано на июль 2006 года. Причем существенным моментом, характеризующим разработку стандарта, должно стать сотрудничество рабочей группы с ISO/IEC JTC 1/SC 25 и TIA на предмет уточнения длины и других характеристик кабельных трактов, а также разработки спецификаций для улучшенного кабельного оборудования класса E.

Оглядываясь назад

Для того чтобы лучше уяснить технические особенности реализации 10 Gigabit Ethernet на витой паре, необходимо сделать небольшой экскурс в историю развития этой сетевой технологии, начиная с 10BaseT.

Рассчитанная на работу по двум парам третьей категории технология 10BaseT отличалась простотой и неприхотливостью. Это позволило ей стать лидером среди технологий, применяющихся в секторе локальных сетей. Причем данная технология продолжает широко использоваться и поныне как довольно эффективное средство для подключений сетевых устройств на рабочих местах. Первые подвижки в направлении стомегабитных решений касались категории 3:это была использующая все четыре пары технология 100BaseT4. Следующий прорыв в завоевании рынка сделала двухпарная технология 100BaseTX, рассчитанная на работу с кабельным оборудованием пятой категории. Она также оказалась более чем успешной, и на сегодняшний день сетевые интерфейсные карты на 10/100 Мбит/с являются стандартным выбором в комплектации тех же офисных компьютеров.

Гигабитный Ethernet на витой паре изначально позиционировался как технология для использования инсталлированной базы категории 5. Но вместо этого пришлось осуществить радикальную ревизию кабельных стандартов и ввести контроль дополнительных параметров. Поэтому произошло отклонение от сроков окончательной стандартизации, длившееся немногим более года. Это время потребовалось на уточнение особенностей обработки сигнала, а также разработки спецификаций для параметров эквивалентного переходного затухания на дальнем конце и величины возвратных потерь.

Результатом развития предыдущих реализаций Ethernet на витой паре стало увеличение пропускной способности в сто раз (с 10 Мбит/с до 1 Гбит/с), и произошло это в течение десяти лет. Таким образом, наращивание скорости передачи в разных реализациях технологии Ethernet согласуется с одной из формулировок закона Мура. В соответствии с этой формулировкой производительность систем удваивается каждые восемнадцать месяцев.

Если же принять во внимание работу кабельных систем, то оказалось, что для реализации такого роста производительности приложений вполне достаточно семикратного расширения частотного диапазона, используемого реализациями на витой паре (с 16 МГц до 125 МГц). Достичь этого удалось благодаря применению специальной обработки сигнала, а также одновременной передаче по всем парам и сложным системам кодирования.

Техника передачи по меди

Итак, подходы к организации передачи меняются с течением времени. В ранних реализациях Ethernet на витой паре достаточно было контролировать величину вносимого затухания на кабельном тракте, а также уровень переходного затухания на ближнем конце (Near End Crosstalk, NEXT).

Соотношение этих величин фактически являлось соотношением "сигнал-шум". Данный параметр получил название "соотношение затухания и перекрестных помех на ближнем конце" (Attenuation To Crosstalk Ratio, ACR). Оно определяется как разность величин затухания и перекрестных помех на ближнем конце, выраженных в дБ, то есть измеренных по логарифмической шкале.

В ходе разработки стандарта для гигабитного Ethernet на меди эти характеристики кабельного оборудования дополнились показателями переходного затухания на дальнем конце, а также оценкой суммарного влияния на каждую из пар, оказываемого остальными тремя парами. Ведь необходимо было организовать одновременную передачу по каждой из пар, которая к тому же ведется в обоих направлениях. Также рассматривались механизмы эхокомпенсации, благодаря которым обеспечивается качественная передача гигабитного трафика по кабельному оборудованию класса D. Как уже отмечалось, сигнал от передатчика и сигнал, движущийся к приемнику, присутствуют в тракте одновременно. Естественно, что часть передаваемого сигнала поступает на приемники на ближнем конце в виде отражений. Поскольку приемник постоянно отслеживает последовательности, передаваемые передатчиком на ближнем конце, он попросту вычитает их из принятого сигнала. Этот подход получил название "фильтрации на основе выбора из конечной совокупности принимаемого сигнала" (Finite Impulse Response, FIR).

Еще один неприятный момент заключается в перекрытии импульсов друг другом из за неравномерности распространения сигнала в разных парах. Как следствие, искажается форма последовательности, в результате чего приемник будет фиксировать импульс в той части последовательности, где его не должно быть. Для решения этой проблемы используются высокопроизводительные эквалайзеры, способные довольно точно восстанавливать изначальную форму сигнала.

На десяти гигабитах

Новый стандарт предполагает применение тех же механизмов кодирования, что и Gigabit Ethernet. При этом должна обеспечиваться величина ошибки передачи бита около 10–12, что декларировалось в начале работы исследовательской группы. В частности, разработчики стандарта 10GBaseT предложили использовать десятиуровневое кодирование PAM, в котором восемь уровней используются для передачи сигнала, а два – обеспечивают коррекцию ошибок.

Основу функционирования оборудования в 10GBASE T составляет та же полнодуплексная передача по всем четырем парам. Соответственно, десятигигабитный поток расщепляется на четыре потока по 2, 5 Гбит/с. Для передачи одного символа используются три бита. В итоге получается скорость передачи 833, 33 Мбод/с.

Негативные воздействия на сигнал – в основном те же, что и для Gigabit Ethernet:затухание в тракте, межпарные наводки на ближнем и дальнем конце, отражения и вариации задержек в силу разной скорости распространения в парах. Помимо упомянутых приемов, выдвигается обязательное требование компенсации межпарных наводок на дальнем конце на уровне 20 дБ. Такая компенсация реализуется и в некоторых гигабитных трансиверах, но для 1000BaseT она не является обязательной.

Кабельные решения

Приложение передачи данных 10GBASE T представляет собой сетевую технологию, физический уровень которой строится на основе кабельных трактов на витой паре. Эти тракты могут быть следующими:

• 55 метровый канал класса E в соответствии с ISO/IEC 11801 2002 или канал шестой категории по стандарту ТIA на неэкранированной витой паре;
• 55–100 метровый канал класса E на экранированной витой паре;
• 100 метровый канал улучшенного класса E или канал расширенной шестой категории на неэкранированной витой паре;
• 100 метровый канал класса F (экранированный кабель с индивидуальным экраном для каждой пары).

Вопрос о стандартизации укороченных трактов и другие моменты, связанные с реализацией 10GBaseT по уже установленной в соответствии с текущими требованиями проводке, пока еще подлежат обсуждению. В качестве одного из вариантов предлагается снижение рабочей частоты потока до такого уровня, чтобы она оказалась в пределах граничной частоты для кабельных решений класса E.

Существует множество вариантов предложений по реализации кабеля и соединительного оборудования расширенной шестой категории.

Производители поднимают граничную частоту кабельных решений и реализуют разные технические уловки, чтобы их продукция поддерживала 10GBaseT. Причем нельзя сказать, что в этом направлении необходим какой-то прорыв. Достаточно вспомнить категорию 5+середины девяностых: это вовсе не категория 5Е, а скорее, прототип шестой категории (к тому же окончательные спецификации последних разрабатывались для меньших граничных частот).

Остается только стандартизировать наиболее эффективные предложения производителей. Причем снова актуализируется вопрос о модульном интерфейсе, который смог бы нормально функционировать в более жестких условиях.

Зеленый свет "семерке"

Седьмая категория является единственной на данный момент стандартизированной средой передачи, которая без каких либо оговорок способна обеспечивать поддержку 10GBaseT в трактах длиной до 100 м. Кроме того, в случае использования седьмой категории существенно меняется картина влияния шумов, поскольку основным для данного типа оборудования является тепловой шум.

Достигается это благодаря особенностям конструкции кабеля и модульных разъемов. Пары составляются из жил диметром не менее 0,58 мм. Каждая пара заключается в индивидуальный экран из фольги. Экранирование каждой пары на 360° обеспечивается и в модульном разъеме. Соответственно, для такого кабельного оборудования являются менее ощутимыми наводки, в том числе и межкабельные.

Вполне возможно, что интенсивное обсуждение проблематики десятигигабитного Ethernet на меди в значительной мере инициируется производителями кабеля и коммутационного оборудования седьмой категории. И это понятно: появляется приложение, которое открывает вполне определенные перспективы именно для этой продукции, ведь до сих пор в сознании пользователей и инсталляторов она находилась где-то на периферии. Все знают о наличии подобных систем, но мало кто решается на их установку (доля класса F среди инсталлированных решений оценивается на уровне 0,4%), поскольку кабельное оборудование седьмой категории отличалось только по стоимости, не давая при этом ощутимых преимуществ в реализации приложений.

Наконец, через почти десять лет после появления этой категории у маркетологов и технических специалистов появится возможность оправдать средства, потраченные на ее продвижение и стандартизацию.

Говоря о перспективе 10GBaseT, необходимо отметить, что в техническом плане любая задача является интересной, и наработки, полученные в ходе ее решения, в случае неблагоприятной рыночной "судьбы" могут использоваться в других направлениях, например, в системах доступа. Если
же данная технология будет пользоваться ощутимым спросом, то это может повлечь за собой постановку новых технических задач, таких как уточнение стандартов на кабельные системы.

Межплатформенные наводки и способы их ограничения

Кабели, как правило, собираются в пучки, которые расходятся от коммутационных пунктов. При отсутствии экрана происходит взаимное влияние пар из разных кабелей, расположенных вблизи друг от друга. Эти межкабельные наводки получили название Alien Crosstalk, что означает "переходные помехи от других кабелей" (буквально "перекрестные наводкиот других кабелей").

Проблема усугубляется тем, что в основном производители выдерживают шаг свивки пар неизменным.

В случае межпарных наводок добиться максимального уровня переходного затухания удается за счет различия шага свивки в каждой паре. Подобный прием можно использовать для того, чтобы существенно снизить межкабельные наводки. Он состоит в варьировании шага свивки отдельной пары. Кроме того, могут варьироваться толщина оболочки кабеля и взаимное размещение пар в кабеле.

Таким образом предполагается решать данную проблему для вновь произведенных кабелей. Пока остается открытым вопрос о том, что можно сделать для уже установленной кабельной проводки.

История появления и стандартизации кабельного оборудования седьмой категории заслуживает особого внимания.

Уже с момента стандартизации пятой категории в 1995 году встал вопрос о разработке спецификаций для более производительных кабелей и соединительного оборудования. Официальное признание подобных кабельных систем произошло на 26 м совещании рабочей группы ISO/IEC JTC1 SC25 WG3, проходившем с 15 по 17 сентября 1997 года. Там были определены два новых на тот момент класса кабельных решений и соответствующие категории для компонентов: шестая категория и, следовательно, класс E с граничной частотой 200 МГц, а также седьмая категория и класс F с граничной частотой 600 МГц. Спецификации последней разрабатывались на основе немецкого национального стандарта DIN 44312 X.

Проблема модульного разъема седьмой категории оказалась весьма серьезной. Рассматривались восемь разработок разных компаний, представляющие принципиально новые конструктивные решения.

Ответственный за модульные интерфейсы комитет IEC SC 48B принял стандарты разъемов седьмой категории IEC 60603 7 7 и IEC 61076 3 104 только для двух предложений, выдвинутых соответственно компаниями Alcatel (сейчас продвижением этих разъемов занимается компания Nexans, а до середины 2000 года – подразделение Alcatel Cable and Components) и Siemon.

Особенностью разъема Nexans является обратная совместимость с RJ 45. Вилки этого разъема (GP 45) оснащены механизмом переключения типов коммутации под гнездо Nexans GG 45 (седьмая категория, задействуются 4 пары контактов по углам, разделенные экранами)или же под RJ 45.

Разъемы IEC 61076 3 104, то есть Siemon Tera, создавались как уникальное конструктивное решение, не предполагающее поддержку RJ 45. Контактные группы в этих разъемах размещаются по двухрядной схеме с разделением пар экраном. Вилки разъема Tera выпускаются в четырех, двух и однопарном исполнении, что позволяет организовывать в кабеленезависимую работу до четырех приложений.

Системное администрирование

• Tutorial

• Что такое домен коллизий?
• Сколько пар используется для Ethernet и почему?
• По каким парам идет прием, а по каким передача?
• Что ограничивает длину сегмента сети?
• Почему кадр не может быть меньше определенной величины?

Если не знаешь ответов на эти вопросы, а читать стандарты и серьезную литературу по теме лень - прошу под кат.

Кто-то считает, что это очевидные вещи, другие скажут, что скучная и ненужная теория. Тем не менее на собеседованиях периодически можно услышать подобные вопросы. Мое мнение: о том, о чем ниже пойдет речь, нужно знать всем, кому приходится брать в руки «обжимку» 8P8C (этот разъем обычно ошибочно называют RJ-45). На академическую глубину не претендую, воздержусь от формул и таблиц, так же за бортом оставим линейное кодирование. Речь пойдет в основном о медных проводах, не об оптике, т.к. они шире распространены в быту.

Технология Ethernet описывает сразу два нижних уровня модели OSI . Физический и канальный. Дальше будем говорить только о физическом, т.е. о том, как передаются биты между двумя соседними устройствами.

Технология Ethernet - часть богатого наследия исследовательского центра Xerox PARC . Ранние версии Ethernet использовали в качестве среды передачи коаксиальный кабель, но со временем он был полностью вытеснен оптоволокном и витой парой. Однако важно понимать, что применение коаксиального кабеля во многом определило принципы работы Ethernet. Дело в том, что коаксиальный кабель - разделяемая среда передачи. Важная особенность разделяемой среды: ее могут использовать одновременно несколько интерфейсов, но передавать в каждый момент времени должен только один. С помощью коаксиального кабеля можно соединит не только 2 компьютера между собой, но и более двух, без применения активного оборудования. Такая топология называется шина . Однако если хотябы два узла на одной шине начнут одновременно передавать информацию, то их сигналы наложатся друг на друга и приемники других узлов ничего не разберут. Такая ситуация называется коллизией , а часть сети, узлы в которой конкурируют за общую среду передачи - доменом коллизий . Для того чтоб распознать коллизию, передающий узел постоянно наблюдает за сигналов в среде и если собственный передаваемый сигнал отличается от наблюдаемого - фиксируется коллизия. В этом случае все узлы перестают передавать и возобновляют передачу через случайный промежуток времени.

Диаметр коллизионного домена и минимальный размер кадра

Теперь давайте представим, что будет, если в сети, изображенной на рисунке, узлы A и С одновременно начнут передачу, но успеют ее закончить раньше, чем примут сигнал друг друга. Это возможно, при достаточно коротком передаваемом сообщении и достаточно длинном кабеле, ведь как нам известно из школьной программы, скорость распространения любых сигналов в лучшем случае составляет C=3*10 8 м/с. Т.к. каждый из передающих узлов примет встречный сигнал только после того, как уже закончит передавать свое сообщение - факт того, что произошла коллизия не будет установлен ни одним из них, а значит повторной передачи кадров не будет. Зато узел B на входе получит сумму сигналов и не сможет корректно принять ни один из них. Для того, чтоб такой ситуации не произошло необходимо ограничить размер домена коллизий и минимальный размер кадра. Не трудно догадаться, что эти величины прямо пропорциональны друг другу. В случае же если объем передаваемой информации не дотягивает до минимального кадра, то его увеличивают за счет специального поля pad, название которого можно перевести как заполнитель.

Таким образом чем больше потенциальный размер сегмента сети, тем больше накладных расходов уходит на передачу порций данных маленького размера. Разработчикам технологии Ethernet пришлось искать золотую середину между двумя этими параметрами, и минимальным размером кадра была установлена величина 64 байта.

Витая пара и дуплексный режим рабты

Витая пара в качестве среды передачи отличается от коаксиального кабеля тем, что может соединять только два узла и использует разделенные среды для передачи информации в разных направлениях. Одна пара используется для передачи (1,2 контакты, как правило оранжевый и бело-оранжевый провода) и одна пара для приема (3,6 контакты, как правило зеленый и бело-зеленый провода). На активном сетевом оборудовании наоборот. Не трудно заметить, что пропущена центральная пара контактов: 4, 5. Эту пару специально оставили свободной, если в ту же розетку вставить RJ11, то он займет как раз свободные контакты. Таким образом можно использовать один кабели и одну розетку, для LAN и, например, телефона. Пары в кабеле выбраны таким образом, чтоб свести к минимуму взаимное влияние сигналов друг на друга и улучшить качество связи. Провода одной пару свиты между собой для того, чтоб влияние внешних помех на оба провода в паре было примерно одинаковым.
Для соединения двух однотипных устройств, к примеру двух компьютеров, используется так называемый кроссовер-кабель(crossover) , в котором одна пара соединяет контакты 1,2 одной стороны и 3,6 другой, а вторая наоборот: 3,6 контакты одной стороны и 1,2 другой. Это нужно для того, чтоб соединить приемник с передатчиком, если использовать прямой кабель, то получится приемник-приемник, передатчик-передатчик. Хотя сейчас это имеет значение только если работать с каким-то архаичным оборудованием, т.к. почти всё современное оборудование поддерживает Auto-MDIX - технология позволяющая интерфейсу автоматически определять на какой паре прием, а на какой передача.

Возникает вопрос: откуда берется ограничение на длину сегмента у Ethernet по витой паре, если нет разделяемой среды? Всё дело в том, первые сети построенные на витой паре использовали концентраторы. Концентратор (иначе говоря многовходовый повторитель) - устройство имеющее несколько портов Ethernet и транслирующее полученный пакет во все порты кроме того, с которого этот пакет пришел. Таким образом если концентратор начинал принимать сигналы сразу с двух портов, то он не знал, что транслировать в остальные порты, это была коллизия. То же касалось и первых Ethernet-сетей использующих оптику (10Base-FL).

Зачем же тогда использовать 4х-парный кабель, если из 4х пар используются только две? Резонный вопрос, и вот несколько причин для того, чтобы делать это:

• 4х-парный кабель механически более надежен чем 2х-парный.
• 4х-парный кабель не придется менять при переходе на Gigabit Ethernet или 100BaseT4, использующие уже все 4 пары
• Если перебита одна пара, можно вместо нее использовать свободную и не перекладывать кабель
• Возможность использовать технологию Power over ethernet

Не смотря на это на практике часто используют 2х-парный кабель, подключают сразу 2 компьютера по одному 4х-парному, либо используют свободные пары для подключения телефона.

Gigabit Ethernet

В отличии от своих предшественников Gigabit Ethernet всегда использует для передачи одновременно все 4 пары. Причем сразу в двух направлениях. Кроме того информация кодируется не двумя уровнями как обычно (0 и 1), а четырьмя (00,01,10,11). Т.е. уровень напряжения в каждый конкретный момент кодирует не один, а сразу два бита. Это сделано для того, чтоб снизить частоту модуляции с 250 МГц до 125 МГц. Кроме того добавлен пятый уровень, для создания избыточности кода. Он делает возможной коррекцию ошибок на приеме. Такой вид кодирования называется пятиуровневым импульсно-амплитудным кодированием (PAM-5). Кроме того, для того, чтоб использовать все пары одновременно для приема и передачи сетевой адаптер вычитает из общего сигнала собственный переданный сигнал, чтоб получить сигнал переданный другой стороной. Таким образом реализуется полнодуплексный режим по одному каналу.

Дальше - больше

10 Gigabit Ethernet уже во всю используется провайдерами, но в SOHO сегменте не применяется, т.к. судя по всему там вполне хватает Gigabit Ethernet. 10GBE качестве среды распространения использует одно- и многомодовое волокно, с или без уплотнением по длине волны , медные кабели с разъемом InfiniBand а так же витую пару в стандарте 10GBASE-T или IEEE 802.3an-2006.

40-гигабитный Ethernet (или 40GbE ) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE ). Разработка этих стандартов была закончена в июле 2010 года. В настоящий момент ведущие производители сетевого оборудования, такие как Cisco, Juniper Networks и Huawei уже заняты разработкой и выпуском первых маршрутизаторов поддерживающих эти технологии.

В заключении стоит упомянуть о перспективной технологии Terabit Ethernet . Боб Меткалф, создатель предположил, что технология будет разработана к 2015 году, и так же сказал:

Чтобы реализовать Ethernet 1 ТБит/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию с частотой 15 ГГц. Для будущей сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые лазеры, в общем, все новое

UPD : Спасибо хабраюзеру , что подсказал, про то что разъем, который я всю жизнь называл RJ45 на самом деле 8P8C .
UPD2: : Спасибо пользователю , что объяснил, почему используются контакты 1,2,3 и 6.