Ethernet przez skrętkę - Ethernet over twisted pair

Standardowa skrętka dwużyłowa do większości popularnych typów sieci Ethernet

Wtyczka 8P8C

Ethernet over skrętki technologii używać skrętki dla warstwy fizycznej wystąpienia Ethernet sieci komputerowej. Stanowią podzbiór wszystkich warstw fizycznych sieci Ethernet .

Wczesny Ethernet wykorzystywał różne rodzaje kabli koncentrycznych , ale w 1984 r. StarLAN wykazał potencjał prostej nieekranowanej skrętki . Doprowadziło to do rozwoju 10BASE-T i jego następców 100BASE-TX , 1000BASE-T i 10GBASE-T , obsługujących prędkości 10 i 100  megabitów na sekundę , a następnie odpowiednio 1 i 10 gigabitów na sekundę.

Dwa nowe warianty sieci Ethernet 10 megabitów na sekundę przez pojedynczą skrętkę, znane jako 10BASE-T1S i 10BASE-T1L , zostały ustandaryzowane w normie IEEE Std 802.3cg-2019. 10BASE-T1S wywodzi się z przemysłu motoryzacyjnego i może być przydatny w innych zastosowaniach na krótkie odległości, w których występują znaczne zakłócenia elektryczne. 10BASE-T1L to długodystansowy Ethernet obsługujący połączenia o długości do 1 km. Oba te standardy znajdują aplikacje implementujące Internet rzeczy .

Wcześniejsze standardy wykorzystywały złącza modułowe 8P8C , a obsługiwane standardy kabli wahają się od Kategorii 3 do Kategorii 8 . Kable te zwykle mają cztery pary przewodów dla każdego połączenia, chociaż wczesny Ethernet wykorzystywał tylko dwie pary. W przeciwieństwie do wcześniejszych standardów -T, interfejsy -T1 zostały zaprojektowane do pracy na jednej parze przewodów i wprowadziły użycie dwóch nowych złączy, określanych jako IEC 63171-1 i IEC 63171-6.

Historia

Pierwsze dwa wczesne projekty sieci skrętkowych to StarLAN , standaryzowany przez IEEE Standards Association jako IEEE 802.3e w 1986 roku, z szybkością jednego megabita na sekundę, oraz LattisNet , opracowany w styczniu 1987 roku, z szybkością 10 megabitów na sekundę. Oba zostały opracowane przed standardem 10BASE-T (opublikowanym w 1990 roku jako IEEE 802.3i) i wykorzystywały inną sygnalizację, więc nie były z nim bezpośrednio kompatybilne.

W 1988 roku AT&T wypuściło StarLAN 10, nazwane tak, że działa z prędkością 10 Mbit/s. Sygnalizacja StarLAN 10 została wykorzystana jako podstawa 10BASE-T, z dodatkiem bicia łącza, aby szybko wskazać stan połączenia.

Zastosowanie okablowania skrętką w topologii gwiazdy rozwiązało kilka słabości poprzednich standardów Ethernet:

• Kable skrętkowe były już używane w usługach telefonicznych i były już obecne w wielu budynkach biurowych, obniżając całkowity koszt wdrożenia
• Scentralizowana topologia gwiazdy była również często używana do okablowania usług telefonicznych, w przeciwieństwie do topologii magistrali wymaganej przez wcześniejsze standardy Ethernet
• Korzystanie z łączy punkt-punkt było mniej podatne na awarie i znacznie uprościło rozwiązywanie problemów w porównaniu z magistralą współdzieloną
• Wymiana tanich koncentratorów repeaterów na bardziej zaawansowane koncentratory przełączające zapewniła realną ścieżkę aktualizacji
• Łączenie różnych prędkości w jednej sieci stało się możliwe wraz z pojawieniem się Fast Ethernet
• W zależności od klasy kabli , późniejszą aktualizację do Gigabit Ethernet lub szybszej można przeprowadzić poprzez wymianę przełączników sieciowych

Chociaż 10BASE-T jest obecnie rzadko używany jako normalna szybkość sygnalizacji, nadal jest szeroko stosowany z kontrolerami interfejsu sieciowego w trybie wyłączenia Wake-on-LAN oraz do specjalnych zastosowań o niskim poborze mocy i niskiej przepustowości. 10BASE-T jest nadal obsługiwany przez większość skrętek Ethernet z prędkością do Gigabit Ethernet .

Nazewnictwo

Popularne nazwy standardów wywodzą się z aspektów fizycznych nośników. Wiodąca liczba ( 10 w 10BASE-T) odnosi się do szybkości transmisji w Mbit/s. BASE oznacza, że używana jest transmisja w paśmie podstawowym . T oznacza skrętki. Tam, gdzie istnieje kilka standardów dla tej samej szybkości transmisji , są one rozróżniane literą lub cyfrą po T, na przykład TX lub T4 , odnoszącą się do metody kodowania i liczby pasów.

Okablowanie

Modułowe pozycjonowanie wtyku 8P8C

ANSI/TIA-568 T568A zakończenie

Szpilka	Para	Drut	Kolor
1	3	Wskazówka	biały zielony
2	3	dzwonić	Zielony
3	2	Wskazówka	biały/pomarańczowy
4	1	dzwonić	niebieski
5	1	Wskazówka	biało niebieski
6	2	dzwonić	Pomarańczowy
7	4	Wskazówka	biały/brązowy
8	4	dzwonić	brązowy

ANSI/TIA-568 T568B zakończenie

Szpilka	Para	Drut	Kolor
1	2	Wskazówka	biały/pomarańczowy
2	2	dzwonić	Pomarańczowy
3	3	Wskazówka	biały zielony
4	1	dzwonić	niebieski
5	1	Wskazówka	biało niebieski
6	3	dzwonić	Zielony
7	4	Wskazówka	biały/brązowy
8	4	dzwonić	brązowy

Większość kabli Ethernet jest okablowana „prosto” (styk 1 do styku 1, styk 2 do styku 2 itd.). W niektórych przypadkach nadal może być wymagana forma „ skrzyżowania ” (odbiór do nadawania i nadawanie do odbioru).

Kable Ethernet mogą być podłączone na obu końcach do standardu T568A lub T568B . Ponieważ standardy te różnią się tylko tym, że zamieniają pozycje dwóch par używanych do nadawania i odbierania, kabel z okablowaniem T568A na jednym końcu i okablowaniem T568B na drugim daje w efekcie kabel z przeplotem.

Host 10BASE-T lub 100BASE-TX wykorzystuje okablowanie złącza zwane interfejsami zależnymi od medium (MDI), przesyłające na pinach 1 i 2 i odbierające na pinach 3 i 6 do urządzenia sieciowego. Węzeł infrastruktury ( koncentrator lub przełącznik ) odpowiednio wykorzystuje okablowanie złącza o nazwie MDI-X, przesyłające na pinach 3 i 6 i odbierające na pinach 1 i 2. Porty te są połączone za pomocą kabla prostego, dzięki czemu każdy nadajnik komunikuje się z odbiornik na drugim końcu kabla.

Węzły mogą mieć dwa typy portów: MDI (port uplink) lub MDI-X (port zwykły, 'X' dla wewnętrznej zwrotnicy). Koncentratory i przełączniki mają zwykłe porty. Routery, serwery i hosty końcowe (np. komputery osobiste ) mają porty uplink. Gdy trzeba połączyć dwa węzły z portami tego samego typu, może być wymagany kabel skrosowany, szczególnie w przypadku starszych urządzeń. Łączenie węzłów posiadających różne typy portów (tj. MDI do MDI-X i odwrotnie) wymaga kabla prostego. W ten sposób podłączenie hosta końcowego do koncentratora lub przełącznika wymaga kabla prostego. Niektóre starsze przełączniki i koncentratory mają przycisk umożliwiający działanie portu jako normalnego (zwykłego) lub portu łącza uplink, tj. przy użyciu odpowiednio pinoutów MDI-X lub MDI.

Wiele nowoczesnych adapterów hosta Ethernet może automatycznie wykryć inny komputer podłączony za pomocą kabla prostego, a następnie automatycznie wprowadzić wymagane skrzyżowanie, jeśli jest to konieczne; jeśli żaden z adapterów nie ma tej możliwości, wymagany jest kabel z przeplotem. Większość nowszych przełączników ma auto MDI-X na wszystkich portach, co pozwala na wykonywanie wszystkich połączeń za pomocą kabli prostych. Jeśli oba podłączone urządzenia obsługują standard 1000BASE-T, połączą się niezależnie od tego, czy używany jest kabel prosty, czy skrosowany.

Nadajnik 10BASE-T wysyła dwa napięcia różnicowe , +2,5 V lub -2,5 V. Nadajnik 100BASE-TX wysyła trzy napięcia różnicowe, +1 V, 0 V lub -1 V. W przeciwieństwie do wcześniejszych standardów Ethernet przy użyciu kabla szerokopasmowego i koncentrycznego , takie jak 10BASE5 (thicknet) i 10BASE2 (thinnet), 10BASE-T nie określa dokładnego typu stosowanego okablowania, ale określa pewne cechy, które musi spełniać kabel. Dokonano tego w oczekiwaniu na użycie 10BASE-T w istniejących systemach okablowania skrętką, które nie były zgodne z żadnym określonym standardem okablowania. Niektóre z wyszczególnionych charakterystyk to tłumienie , impedancja charakterystyczna , jitter czasowy , opóźnienie propagacji oraz kilka rodzajów szumów i przesłuchów . Testery kabli są powszechnie dostępne, aby sprawdzić te parametry w celu określenia, czy kabel może być używany z 10BASE-T. Oczekuje się, że cechy te muszą być spełnione przez 100 metrów od 24- skrajni nieekranowanej skrętki. Jednak dzięki wysokiej jakości okablowaniu, niezawodne przebiegi o długości 150 metrów lub dłuższe są często osiągalne i są uważane za wykonalne przez techników zaznajomionych ze specyfikacją 10BASE-T.

100BASE-TX korzysta z tych samych schematów okablowania co 10BASE-T, ale jest bardziej wrażliwy na jakość i długość przewodu ze względu na wyższe przepływności .

1000BASE-T wykorzystuje wszystkie cztery pary dwukierunkowo, wykorzystując obwody hybrydowe i kasowniki . Dane są kodowane przy użyciu 4D-PAM5; cztery wymiary z wykorzystaniem modulacji impulsowo-amplitudowej (PAM) z pięcioma napięciami , -2 V, -1 V, 0 V, +1 V i +2 V. Podczas gdy na wyprowadzeniach linii może pojawić się +2 V do -2 V sterownik, napięcie na kablu wynosi nominalnie +1 V, +0,5 V, 0 V, -0,5 V i -1 V.

100BASE-TX i 1000BASE-T zostały zaprojektowane tak, aby wymagały co najmniej kabla kategorii 5, a także określały maksymalną długość kabla 100 metrów (330 stóp). Kabel kategorii 5 został od tego czasu przestarzały, a nowe instalacje korzystają z kategorii 5e.

Wspólny kabel

10BASE-T i 100BASE-TX wymagają do działania tylko dwóch par (styki 1–2, 3–6). Ponieważ wspólny kabel kategorii 5 ma cztery pary, możliwe jest użycie zapasowych par (styki 4–5, 7–8) w konfiguracjach 10 i 100 Mbit/s do innych celów. Zapasowe pary mogą być używane do zasilania przez Ethernet (PoE), do dwóch zwykłych starych linii usług telefonicznych (POTS) lub do drugiego połączenia 10BASE-T lub 100BASE-TX. W praktyce należy bardzo uważać, aby rozdzielić te pary, ponieważ sprzęt Ethernet 10/100-Mbit/s zakańcza nieużywane piny elektrycznie. Współdzielony kabel nie jest opcją dla Gigabit Ethernet, ponieważ 1000BASE-T wymaga do działania wszystkich czterech par.

Pojedyncza para

Oprócz dwu- i czteroparowych wariantów bardziej zorientowanych na komputer, jednoparowe warstwy PHY Ethernet 10BASE-T1 , 100BASE-T1 i 1000BASE-T1 są przeznaczone do zastosowań przemysłowych i motoryzacyjnych lub jako opcjonalne kanały danych w innych aplikacjach łączących. Pojedyncza para działa w trybie pełnego dupleksu i ma maksymalny zasięg 15 m lub 49 stóp (100BASE-T1, segment łącza 1000BASE-T1 typu A) lub do 40 m lub 130 stóp (segment łącza 1000BASE-T1 typu B) do czterech złączy w linii. Obie warstwy PHY wymagają symetrycznej skrętki o impedancji 100 Ω. Kabel musi umożliwiać transmisję 600 MHz dla 1000BASE-T1 i 66 MHz dla 100BASE-T1. 2,5 Gb/s, 5 Gb/s i 10 Gb/s na pojedynczej parze o długości 15 m jest znormalizowane w standardzie 802.3ch-2020. Od 2021 r. Grupa Zadaniowa P802.3cy bada prędkości 25, 50, 100 Gb/s na długości do 11 m.

Podobnie jak PoE, Power over Data Lines (PoDL) może dostarczyć do urządzenia do 50 W.

Autonegocjacja i dupleks

Standardy Ethernet przez skrętkę aż do Gigabit Ethernet definiują komunikację zarówno w trybie pełnego, jak i połowicznego dupleksu . Jednak działanie w trybie półdupleksowym dla szybkości gigabitowej nie jest obsługiwane przez żaden istniejący sprzęt. Wyższe standardy prędkości, od 2,5GBASE-T do 40GBASE-T działające z prędkością od 2,5 do 40 Gbit/s, w konsekwencji definiują tylko łącza punkt-punkt w trybie pełnego dupleksu, które są zazwyczaj połączone przełącznikami sieciowymi i nie obsługują tradycyjnych współdzielonych średnie działanie CSMA/CD .

W przypadku sieci Ethernet przez skrętkę istnieje wiele różnych trybów działania (10BASE-T półdupleks, 10BASE-T pełny dupleks, 100BASE-TX półdupleks itp.) , a większość kart sieciowych obsługuje różne tryby działania. Do nawiązania działającego połączenia 1000BASE-T wymagana jest automatyczna negocjacja .

Gdy dwa połączone interfejsy są ustawione na różne tryby dupleksu , efektem tego niedopasowania dupleksu jest sieć, która działa znacznie wolniej niż jej prędkość nominalna. Niezgodność dupleksu może być nieumyślnie spowodowana, gdy administrator konfiguruje interfejs w trybie stałym (np. 100 Mbit/s pełny dupleks) i nie konfiguruje zdalnego interfejsu, pozostawiając go w trybie autonegocjacji. Następnie, gdy proces autonegocjacji nie powiedzie się, strona autonegocjacji łącza przyjmuje półdupleks.

Warianty

Zobacz też

• 25-parowy kod koloru
• Certyfikacja kabla miedzianego
• Przedłużacz Ethernet
• Izolator sieci

Uwagi

Bibliografia

Zewnętrzne linki

• Jak zrobić kabel sieciowy , a jak do artykułu z wikiHow
• Jak stworzyć własne kable Ethernet