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| '''topic''' - Kurzbeschreibung | | '''topic''' - Beschreibung |
| === Beschreibung === | | === Beschreibung === |
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| === Kabellängen ===
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| [[Ethernet/Medien/Kabellängen]]
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| === 8P8C-Stecker für Ethernet ===
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| * Token Ring Adernpaar 1 und 3
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| * 10BASE-T Adernpaar 2 und 3
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| * 100BASE-TX Adernpaar 2 und 3
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| * 100BASE-T4 Adernpaar 1, 2, 3 und 4
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| * 100BASE-VG (VG-AnyLAN) Adernpaar 1, 2, 3 und 4
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| ==== Belegung und Kabel-Farbcode für 8P8C-Stecker ====
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| {| class="wikitable"
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| |-
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| ! Adernpaar !! Pins !! EIA/TIA-568A!! IEC !! REA !! DIN 47.100
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| |-
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| | 1 || 4/5 || blau/weiß || weiß/blau || weiß/blau || weiß/braun
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| |-
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| | 2 || 3/6 || weiß/orange || rot/orange || türkis/violett || grün/gelb
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| |-
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| | 3 || 1/2 || weiß/grün || schwarz/grau || weiß/orange || grau/rosa
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| |-
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| | 4 || 7/8 || weiß/braun || gelb/braun || türkis/violett || blau/rot
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| |}
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| ==== Belegung 8P8C-Stecker nach EIA/TIA-568B ====
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| {{Hauptartikel|TIA-568A/B}}
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| {| class="wikitable"
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| |+ 10BASE-T und 100BASE-TX
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| |-
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| ! Signal !! Pin !! Farbe
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| |-
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| | TX+ || 1 || weiß/orange
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| |-
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| | TX- || 2 || orange
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| |-
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| | RX+ || 3 || weiß/grün
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| |-
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| | || 4 || blau
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| |-
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| | || 5 || weiß/blau
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| |-
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| | RX- || 6 || grün
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| |-
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| | || 7 || weiß/braun
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| |-
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| | || 8 || braun
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| |}
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| == Ethernet-Medientypen ==
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| ; Die verschiedenen Ethernet-Varianten (''PHY''s) unterscheiden sich in Übertragungsrate, den verwendeten Kabeltypen und der [[Leitungscode|Leitungscodierung]].
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| * Der [[Protokollstack]] arbeitet bei den meisten der folgenden Typen identisch.
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| ; Eine erfolgreiche Verbindung zwischen zwei Anschlüssen (''Ports'') wird als ''Link'' bezeichnet.
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| * Einige Varianten teilen den Datenstrom in mehrere Kanäle (''Lanes'') auf, um Datenrate und Frequenzen auf das Medium anzupassen.
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| * Die jeweilige ''Reichweite'' ist die maximal mögliche Länge eines Links innerhalb der Spezifikation.
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| * Bei einer höheren Qualität des Mediums – insbesondere bei Glasfaser – können auch deutlich längere Links stabil funktionieren.
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| ; Die Varianten beziehen ihre Namen aus den verwendeten Spezifikationen:
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| * ''10, 100, 1000, 10G, …'' – die nominelle, auf der Bitebene nutzbare Geschwindigkeit (kein Suffix = Megabit/s, ''G'' = Gigabit/s); die leitungskodierten [[#Ethernet-Medientypen|Sublayer]] haben üblicherweise eine höhere Datenrate
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| * ''BASE, BROAD, PASS'' – [[Basisband]]-, [[Breitbandkommunikation|Breitband-]] oder [[Passband]]-Signalisierung
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| * ''-T, -S, -L, -C, -K, …'' – Medium: ''T'' = [[Twisted-Pair-Kabel]], ''S'' = (''short'') kurze Wellenlänge ca. 850 [[Nanometer|nm]] über [[Multimode-Faser]], ''L'' = (''long'') lange Wellenlänge ca. 1300 nm, hauptsächlich [[Singlemode-Faser]], ''E/Z'' = extralange Wellenlänge ca. 1500 nm (Singlemode), ''B'' = bidirektionale Faser mit [[Multiplexverfahren#Optisches Wellenlängenmultiplexverfahren|WDM]] (meist Singlemode), ''P'' = [[Passive Optical Network]], ''C'' = (''copper'') [[Twinaxialkabel]], ''K'' = [[Backplane]], ''2/5'' = [[Koaxialkabel]] mit 185/500 m Reichweite
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| * ''X, R'' – [[Physical Coding Sublayer|PCS]]-Kodierung (generationsabhängig), zum Beispiel ''X'' für [[8b10b-Code|8b/10b]] Blockkodierung ([[4B5B]] bei Fast Ethernet), ''R'' für große Blöcke ([[64b66b-Code|64b/66b]])
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| * ''1, 2, 4, 10'' – Anzahl der Lanes pro Link oder Reichweite bei 100/1000 Mbit/s WAN PHYs
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| Bei 10-Mbit/s-Ethernet verwenden alle Varianten durchgehend [[Manchester-Code]], keine Kodierung ist angegeben.
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| * Die meisten Twisted-Pair-Varianten verwenden spezielle Kodierungen, nur ''-T'' wird angegeben.
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| ; Die folgenden Abschnitte geben einen kurzen Überblick über alle offiziellen Ethernet-Medientypen
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| * Zusätzlich zu diesen offiziellen Standards haben viele Hersteller proprietäre Medientypen entwickelt, häufig, um mit [[Lichtwellenleiter]]n höhere Reichweiten zu erzielen.
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| === Frühe Ethernet-Varianten ===
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| * ''Xerox Ethernet (Alto Aloha System)'' – Der Name entstand dadurch, dass das Konzept auf [[Xerox Alto|Alto-Computern]] getestet wurde.
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| * Xerox Ethernet ist die ursprüngliche Ethernet-Implementation, die während ihrer Entwicklung zwei Versionen hatte.
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| * Das Datenblock-Format der Version 2 wird zurzeit überwiegend benutzt.
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| * ''10Broad36'' (IEEE 802.3 Clause 11) – Obsolet.
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| * Ein früher Standard, der Ethernet über größere Entfernungen unterstützte.
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| * Es benutzte Breitband-Modulationstechniken ähnlich denen von [[Kabelmodem]]s und arbeitete mit [[Koaxialkabel]]n.
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| * ''StarLAN'', standardisiert als ''1BASE5'' (IEEE 802.3 Clause 12) – Die erste Ethernet-Implementation über [[Twisted-Pair-Kabel]], entwickelt von [[AT&T]]. 1 Mbit/s über die bereits weit verbreiteten (meist) Cat-3-Verkabelungen mit einer Link-Reichweite von 250 bis 500 m.
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| * Ein kommerzieller Fehlschlag, der aber die technische Grundlage für 10BASE-T lieferte.
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| === 10-Mbit/s-Ethernet ===
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| Beim 10-Mbit/s-Ethernet kommt eine einfache [[Manchester-Code|Manchesterkodierung]] zum Einsatz, die je Datenbit zwei Leitungsbits überträgt (somit 20 MBaud).
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| * Mit dieser Verdopplung der Signalisierungsrate und dabei alternierend übertragenen Datenbits wird die Gleichspannung effektiv unterdrückt und gleichzeitig die Taktrückgewinnung im Empfänger nachgeführt, das Spektrum reicht bis 10 MHz.
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| * Die Leitung wird nur belegt, wenn ein Ethernet-Paket tatsächlich gesendet wird.
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| ==== 10-Mbit/s-Ethernet mit Koaxialkabel ====
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| [[Datei:BNC-Technik.jpg|mini|T-Stücke und Abschlusswiderstände für 10BASE2]]
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| [[Datei:EAD cable.jpg|mini|[[EAD-Kabel]] für 10BASE2]]
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| ; ''10BASE2'', IEEE 802.3 Clause 10 (früher IEEE 802.3a): (auch bekannt als {{lang|en|''Thin Wire Ethernet''}}, {{lang|en|''Thinnet''}} oder {{lang|en|''Cheapernet''}}) – Ein [[Koaxialkabel]] (RG58) mit einer [[Wellenimpedanz]] von 50 Ohm verbindet die Teilnehmer miteinander, jeder Teilnehmer benutzt ein BNC-T-Stück zur Anbindung seiner Netzwerkkarte.
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| * An den beiden Leitungsenden angebrachte Abschlusswiderstände sorgen für reflexionsfreie Signalübertragung.
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| * Ein Segment (das sind alle durch die BNC-T-Stücke miteinander verbundenen Koaxialkabelstücke) darf maximal 185 Meter lang sein und maximal 30 Teilnehmer versorgen.
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| * Jeweils zwei Teilnehmer am Bus müssen zueinander einen Abstand von mindestens 0,5 Meter einhalten.
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| * Im Unterschied zum ebenfalls Koaxialkabel verwendenden 10BASE5 sind die Transceiver in der NIC (Network Interface Card) integriert und müssen unmittelbar (ohne weiteres Koaxialkabel) an das T-Stück angeschlossen werden. Über [[Repeater]] können weitere Netzwerksegmente angeschlossen werden, sodass die maximale Ausdehnung des Netzwerks 5 Netzwerksegmente in einer Kette umfasst.
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| * Mit strukturierter Verkabelung lässt sich die Anzahl der Segmente weiter steigern.
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| * Damit ist eine maximale Gesamtausbreitung von 925 m Durchmesser erreichbar.
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| * Es wurden auch [[Ethernet-Anschlussdose]]n (EAD) verwendet.
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| * Bei 10BASE2 fällt das ganze Netzwerksegment aus, wenn an einer Stelle das Kabel oder eine Steckverbindung, insbesondere der Abschlusswiderstand, defekt ist.
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| * Besonders anfällig sind manuell konfektionierte Koaxialkabel, wenn bei ihnen der BNC-Stecker nicht korrekt befestigt wurde.
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| [[Datei:ThicknetTransceiver.jpg|mini|Thick Ethernet Transceiver]]
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| <!-- Für viele Jahre war das der dominierende Ethernet-Standard für 10 Mbit/s. // zu welchem Block gehört dieser Text ? -->
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| ; ''[[10BASE5]]'', IEEE 802.3 Clause 8: (auch ''Thicknet'' oder ''Yellow Cable'') – ein früher IEEE-Standard, der ein 10 mm dickes Koaxialkabel (RG8) mit einer Wellenimpedanz von 50 Ohm verwendet.
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| * Zum Anschluss von Geräten muss mittels einer Bohrschablone ein Loch an einer markierten Stelle in das Kabel gebohrt werden, durch das ein Kontakt einer Spezialklemme (''Vampirklemme'') des Transceivers eingeführt und festgeklammert wird.
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| * An diesen Transceiver wird mittels der [[Attachment Unit Interface|AUI-Schnittstelle]] über ein Verbindungskabel die Netzwerkkarte des Computers angeschlossen.
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| * Dieser Standard bietet 10 Mbit/s Datenrate bei Übertragung im Basisband und unterstützt auf jedem Segment maximal 500 m Kabellänge und 100 Teilnehmer.
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| * Die Leitung hat wie 10BASE2 keine Abzweigungen, und an den Enden sitzen 50-Ohm-Abschlusswiderstände.
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| * Wie auch bei 10BASE2 kann über Repeater das Netzwerk bis auf eine max.
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| * Länge von 2,5 km ausgedehnt werden.
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| * Dieser Typ ist eigentlich obsolet, aber aufgrund seiner weiten Verbreitung in den frühen Tagen noch immer in einigen Systemen in Benutzung.<!-- zum Beispiel die Uni München -->
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| ==== 10-Mbit/s-Ethernet mit Twisted-Pair-Kabel ====
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| [[Datei:RJ-45-Stecker-und-Buechse.jpg|mini|8P8C-Modularstecker und -buchse (Buchse ist rechts)]]
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| * ''StarLAN 10'' – aus 1BASE5 entwickelt, 10 Mbit/s, fast identisch mit 10BASE-T
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| * ''10BASE-T'', IEEE 802.3i Clause 14 – verwendet vier Adern (zwei verdrillte Paare) eines [[Twisted-Pair-Kabel#Kategorie 3|CAT-3]] oder [[Twisted-Pair-Kabel#Kategorie 5|CAT-5-Kabels]] (Verkabelung nach [[TIA-568A/B]]).
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| * Ein [[Hub (Netzwerktechnik)|Hub]] oder [[Switch (Netzwerktechnik)|Switch]] sitzt in der Mitte, und jeder Teilnehmer wird über einen dedizierten [[Port (Schnittstelle)|Port]] angeschlossen.
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| * Die Übertragungsrate ist 10 Mbit/s und die maximale Länge eines Segments 100 m.
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| * Physisch sind die Steckverbindungen als 8P8C-[[Modularstecker]] und -buchsen ausgeführt, die meist als „RJ-45“- bzw. „RJ45“-Stecker/-Buchsen bezeichnet werden.
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| * Da normalerweise 1:1-Kabel zum Einsatz kommen, sind die Stecker von Computer (''MDI'') und Uplink (Hub, Switch, ''MDI-X'') gegengleich belegt.
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| * Beim Computer gilt folgende Belegung: Pin1 – Transmit+; Pin2 – Transmit−; Pin3 – Receive+; Pin6 – Receive−.
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| * ''10BASE-T1L'', IEEE P802.3cg – wird über die in der Prozessautomation üblichen Zweidrahtleitungen nach IEC 61158-2 Kabeltyp A übertragen.
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| * Die Übertragung erfolgt mit einer Datenübertragungsrate von 10 Mbit/s, wird [[4B3T]] codiert und als [[Pulsamplitudenmodulation|PAM-3]] moduliert und mit 7,5 M[[Baud]] [[vollduplex]] übertragen. Über das gleiche Kabel können die Teilnehmer mit bis zu 60 W Leistung versorgt werden.
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| * Der Aufbau besteht aus einem „[[Bündelung (Datenübertragung)|Trunk]]“-Kabel mit maximal 1000 m zwischen den Feldswitches und den „Spur“-Kabel von maximal 200 m zwischen einem Feldswitch und einem Feldgerät.
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| ==== 10-Mbit/s-Ethernet mit Glasfaser-Kabel ====
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| * ''FOIRL'' – Fiber-optic inter-repeater link.
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| * Der ursprüngliche Standard für Ethernet über Glasfaserkabel.
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| * ''10BASE-F'', IEEE 802.3j (IEEE 802.3 Clause 15) – Allgemeiner Ausdruck für die neue Familie von 10-Mbit/s-Ethernet-Standards: 10BASE-FL, 10BASE-FB und 10BASE-FP.
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| * Der einzig weiter verbreitete davon ist 10BASE-FL.
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| * ''10BASE-FL'' (IEEE 802.3 Clause 18) – Eine revidierte Version des FOIRL-Standards.
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| * ''10BASE-FB'' (IEEE 802.3 Clause 17) – Gedacht für Backbones, die mehrere Hubs oder Switches verbinden.
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| * Ist inzwischen technisch überholt.
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| * ''10BASE-FP'' (IEEE 802.3 Clause 16) – Ein passives sternförmiges Netzwerk, das keinen Repeater braucht.
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| * Es gibt keine Implementationen.
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| === 100-Mbit/s-Ethernet ===
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| Beim Übergang von 10- auf 100-Mbit/s-Ethernet ({{lang|en|''Fast Ethernet''}}) wurde die Signalisierungsebene weiter unterteilt, um auf eine klarere Definition dessen zu kommen, was den ''[[PHY]]'' (die physische Schicht, OSI-Schicht 1) vom MAC trennt.
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| * Gab es bei 10-Mbit/s-Ethernet ''PLS'' (Physical Layer Signaling, Manchester-Codierung, identisch für alle 10-Mbit/s-Standards) und ''PMA'' (Physical Medium Attachment, Coaxial-, Twisted-Pair- und optische Anbindungen), sind es bei Fast Ethernet nunmehr ''PCS'' (Physical Coding Sublayer) mit ''PMA'' sowie ''PMD'' (Physical Medium Dependent).
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| * PCS, PMA und PMD bilden gemeinsam die physische Schicht.
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| * Es wurden drei verschiedene PCS-PMA-Kombinationen entworfen, von denen jene für 100BASE-T4 und 100BASE-T2 (IEEE 802.3 Clauses 23 und 32) aber keine wirtschaftliche Bedeutung erlangen konnten.
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| Durchgesetzt hat sich für Kupferkabel einzig 100BASE-TX (IEEE 802.3 Clause 24) für Twisted-Pair-Kabel, das wie die Glasfaser-Varianten statt der Manchesterkodierung den effizienteren [[4B5B-Code]] einsetzt.
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| * Dieser ist zwar nicht gleichspannungsfrei, ermöglicht jedoch eine Taktrückgewinnung aus dem Signal und die Symbolrate liegt mit 125 MBaud nur geringfügig über der Datenrate selbst.
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| * Die verwendeten Leitungscodeworte garantieren eine für die Bitynchronisation beim Empfänger ausreichende minimale Häufigkeit von Leitungszustandswechseln.
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| * Der Gleichspannungsanteil wird durch die zusätzliche Kodierung mit [[MLT-3]] und mit einem [[Scrambling]]-Verfahren entfernt, das auch für ein (statistisch) gleichmäßiges Frequenzspektrum unabhängig von der Leitungsauslastung sorgt.
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| * Da es hier keine physischen Busse, sondern nur mehr Punkt-zu-Punkt-Verbindungen gibt, wurde eine kontinuierliche Übertragung favorisiert, die die aufwändigen Einschwingvorgänge des Empfängers auf die Hochfahrphase des Segments beschränkt.
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| ==== Kupfer ====
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| ; 100BASE-T: Allgemeine Bezeichnung für die drei 100-Mbit/s-Ethernetstandards über [[Twisted-Pair-Kabel]]: 100BASE-TX, 100BASE-T4 und 100BASE-T2 (Verkabelung nach [[TIA-568A/B]]).
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| * Die maximale Länge eines Segments beträgt wie bei 10BASE-T 100 Meter.
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| * Die Steckverbindungen sind als 8P8C-Modularstecker und -buchsen ausgeführt und werden meist mit „RJ-45“ bezeichnet.
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| ; 100BASE-T4, IEEE 802.3 Clause 23: 100 Mbit/s Ethernet über Category-3-Kabel (wie es in 10BASE-T-Installationen benutzt wird).
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| * Verwendet alle vier Aderpaare des Kabels.
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| * Es ist inzwischen obsolet, da Category-5-Verkabelung heute die Norm darstellt.
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| * Es ist darüber hinaus auf Halbduplex-Übertragung beschränkt.
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| ; 100BASE-T2, IEEE 802.3 Clause 32: Es existieren keine Produkte, die grundsätzliche Technik lebt aber in 1000BASE-T weiter und ist dort sehr erfolgreich. 100BASE-T2 bietet 100 Mbit/s Datenrate über Cat-3-Kabel.
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| * Es unterstützt den Vollduplexmodus und benutzt nur zwei Aderpaare.
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| * Es ist damit funktionell äquivalent zu 100BASE-TX, unterstützt aber ältere Kabelinstallationen.
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| ; 100BASE-TX, IEEE 802.3 Clause 25 (früher IEEE 802.3u): Benutzt wie 10BASE-T je ein verdrilltes Aderpaar pro Richtung, benötigt allerdings mindestens ungeschirmte [[Twisted-Pair-Kabel#Kategorie 5/5e|Cat-5-Kabel]].
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| : Die Verwendung herkömmlicher [[Telefonkabel]] ist bei eingeschränkter Reichweite möglich. Entscheidend hierbei ist die richtige Zuordnung der beiden Ethernet-Paare zu jeweils einem verdrillten Paar des Telefonkabels.
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| * Ist das Telefonkabel als [[Viererverseilung|Sternvierer]] verseilt, bilden die gegenüberliegenden Adern jeweils ein Paar.
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| : Auf dem 100-Mbit/s-Markt ist 100BASE-TX heute die Standard-Ethernet-Implementation. 100BASE-TX verwendet [[4B5B]] als Leitungscode und zur Bandbreitenhalbierung auf PMD-Ebene die Kodierung [[MLT-3]].
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| * Dabei werden nicht nur zwei Zustände (positive oder negative Differenzspannung) auf dem Aderpaar unterschieden, es kommt ein dritter Zustand (keine Differenzspannung) dazu (ternärer Code).
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| * Damit wird der Datenstrom mit einer Symbolrate von 125 MBaud innerhalb einer Bandbreite von 31,25 MHz übertragen.
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| : Während der 4B5B-Code ausreichend viele Signalwechsel für die Bitynchronisation beim Empfänger garantiert, kann MLT-3 zur benötigten Gleichspannungsfreiheit nichts beitragen.
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| * Als „{{lang|en|Killer Packets}}“ bekannte Übertragungsmuster können dabei das Scrambling kompensieren und dem Übertragungsmuster eine signifikante Gleichspannung überlagern ({{lang|en|''baseline wander''}}), die die Abtastung erschwert und zu einem Verbindungsabbruch der Endgeräte führt.
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| * Um gegen solche Angriffe immun zu sein, implementieren die PHY-Bausteine der Netzwerkkarten daher eine Gleichspannungskompensation.
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| ;100BASE-T1, IEEE 802.3bw-2015
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| :In der von IEEE 802.3b standardisierten Fast-Ethernet Definition 100BASE-T1 werden die Daten über ein symmetrisch verdrilltes Kupferpaar mit [[Pulsamplitudenmodulation#Anwendungsfall Ethernet|PAM-3]] [[Full-duplex Ethernet|vollduplex]] übertragen.
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| * Das Twisted-Pair-Kabel von 100 Ω Impedanz muss mindestens 66 MHz übertragen können, damit eine maximale Länge von 15 m erreicht werden kann.
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| * Der Standard ist für Anwendungen im Automobilbereich vorgesehen.
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| * Für industrielle Anwendungen wurde von der Interessengruppe ''[[Single Pair Ethernet]] (SPE)'' in der IEC 63171-6 der Stecker IEC 61076-3-125 für industrielle Anwendungen von 100BASE-T1 festgelegt. 100BASE-T1 wurde vor der IEEE-Normung als [[BroadR-Reach]] entwickelt.
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| ==== Glasfaser ====
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| ; 100BASE-FX, IEEE 802.3 Clause 26: 100 Mbit/s Ethernet über [[Lichtwellenleiter#Multimodefaser|Multimode-Glasfaser]].
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| * Maximale Segmentlängen über Multi-Mode-Kabel: 400 Meter im Halbduplex-/Repeaterbetrieb, 2000 Meter im Vollduplex-/Switchbetrieb.
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| * Der gescrambelte 4B5B-Datenstrom wird direkt über einen optischen Lichtmodulator gesendet und in gleicher Weise empfangen, hierfür wird ein Faserpaar verwendet.
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| * Es wird eine Wellenlänge von 1300 nm verwendet, daher ist es nicht mit 10BASE-FL (10 MBit/s über Glasfaser) kompatibel, welches eine Wellenlänge von 850 nm benutzt.
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| ; 100BASE-SX, [[Telecommunications Industry Association|TIA-785]]: Günstigere Alternative zu 100BASE-FX, da eine Wellenlänge von 850 nm verwendet wird; die Bauteile hierfür sind günstiger.
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| * Maximale Segmentlänge: 550 Meter über Multimode-Glasfaser.
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| * Durch die verwendete Wellenlänge optional abwärtskompatibel zu 10BASE-FL.
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| * Es wird ein Faserpaar benötigt.
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| ; 100BASE-BX10, IEEE 802.3 Clause 58: Im Gegensatz zu 100BASE-FX, 100BASE-SX und 100BASE-LX10 wird hier Sende- und Empfangsrichtung über eine einzelne Single-Mode-Glasfaser übertragen.
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| * Hierfür wird ein Splitter benötigt, welcher die zu sendenden/empfangenden Daten auf die Wellenlängen 1310 und 1550 nm aufteilt.
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| * Dieser Splitter kann im Übertragungsbauteil, z. B. einem [[Small Form-factor Pluggable|SFP]]-Modul, integriert sein.
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| * Dieser Standard erzielt Reichweiten von 10 km, erweiterte Versionen 20 oder 40 km.
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| ; 100BASE-LX10, IEEE 802.3 Clause 58: Fast-Ethernet über ein Single-Mode Faserpaar.
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| * Wellenlänge: 1310 nm, Segmentlänge: 10 km.
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| === Gigabit-Ethernet ===
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| Bei 1000-Mbit/s-Ethernet (Gigabit-Ethernet; kurz: GbE oder GigE) kommen im Wesentlichen zwei verschiedene Kodiervarianten zum Einsatz.
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| * Bei 1000BASE-X (IEEE 802.3 Clause 36) wird der Datenstrom in 8-Bit breite Einheiten zerlegt und mit dem [[8b10b-Code]] auf eine Symbolrate von 1250 MBaud gebracht.
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| * Damit wird ein kontinuierlicher, gleichspannungsfreier Datenstrom erzeugt, der bei 1000BASE-CX über einen Transformator auf einem verdrillten Aderpaar zum Empfänger fließt oder bei 1000BASE-SX/LX/ZX die optische Trägerwelle moduliert.
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| * Bei 1000BASE-T hingegen wird der Datenstrom in vier Teilströme unterteilt, die jeweils mit [[PAM-5]] und [[Trellis-Code|Trellis-Codierung]] in ihrer Bandbreite geformt und über die vier Aderpaare gleichzeitig gesendet und empfangen werden.
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| Die beim frühen Fast Ethernet noch weit verbreiteten Repeater Hubs wurden für Gigabit Ethernet anfangs zwar noch im Standard definiert, allerdings wurden keine Hubs hergestellt, so dass der Standard 2007 eingefroren wurde und GbE real ausschließlich über Switches im Vollduplex-Modus existiert.
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| ==== Kupfer ====
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| * ''1000BASE-T'', IEEE 802.3 Clause 40 (früher IEEE 802.3ab) – 1 Gbit/s über Kupferkabel ab [[Twisted-Pair-Kabel#Kategorie 5|Cat-5]] UTP-Kabel oder besser Cat-5e oder Cat-6 (Verkabelung nach [[TIA-568A/B]]).
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| * Die maximale Länge eines Segments beträgt wie bei 10BASE-T und 100BASE-TX 100 Meter.
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| * Wichtige Merkmale des Verfahrens sind:
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| ** Verwendung aller vier [[Doppelader]]n in beide Richtungen ([[Echokompensation]])
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| ** Modulationsverfahren [[PAM-5]] ([[Pulsamplitudenmodulation]] mit fünf Zuständen) übermittelt zwei Bit pro Schritt und Aderpaar
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| ** Einsatz einer [[Trellis-Code|Trellis-Codierung]] und [[Scrambling]]
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| ** Schrittgeschwindigkeit 125 [[Baud|MBaud]] pro Aderpaar
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| ** Übertragungsbandbreite 62,5 MHz
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| : Im Grundprinzip ist 1000BASE-T eine „hochskalierte“ Variante des seinerzeit erfolglosen 100BASE-T2, nur dass es doppelt so viele Aderpaare (nämlich alle vier Paare einer typischen Cat-5-Installation) verwendet und die gegenüber Cat-3 größere verfügbare Bandbreite eines Cat-5-Kabels ausnutzt.
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| * ''1000BASE-TX'', ''1000BASE-T2/4'' (nicht in IEEE 802.3 standardisiert) – Erfolglose Versuche verschiedener Interessengruppen, die aufwändigen Modulier/Demodulier- und Echokompensationsschaltungen von 1000BASE-T durch eine höhere Signalisierungsrate auszugleichen.
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| * Statt Klasse-D-Verkabelung bei 1000BASE-T benötigen diese Übertragungsverfahren im Gegenzug Installationen nach Klasse E und Klasse F.
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| * Das Hauptargument für die Entstehung dieser Übertragungsverfahren, die hohen Kosten für Netzwerkanschlüsse mit 1000BASE-T-Unterstützung, ist längst entkräftet.
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| [[Datei:1000BASE-SX Transceivers-SFP.jpg|mini|1000BASE-SX [[Transceiver]] in [[Small Form-factor Pluggable|SFP]]-Ausführung]]
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| * ''1000BASE-CX'', IEEE 802.3 Clause 39 – Als Übertragungsmedium werden zwei Aderpaare eines [[Twisted-Pair-Kabel|Shielded-Twisted-Pair-Kabels]] (STP) mit einer maximalen Kabellänge von 25 m und einer [[Impedanz]] von 150 Ohm eingesetzt.
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| * Der Anschluss erfolgt über 8P8C-[[Modularstecker]]/-buchsen (meist als „RJ45“/„RJ-45“ bezeichnet) oder [[D-Sub|DE-9]] in einer [[Topologie (Rechnernetz)#Stern-Topologie|Sterntopologie]].
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| * Im Vergleich zu 1000BASE-T werden bei 1000BASE-CX deutlich höhere Anforderungen an das Kabel gestellt.
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| * So ist etwa die verwendete Bandbreite um den Faktor 10 höher (625 MHz gegenüber 62,5 MHz).
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| * Die Komponenten sind außerdem zueinander nicht kompatibel.
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| * ''1000Base-T1'', IEEE 802.3bp spezifiziert 1Gbit/s über eine einzelne, verdrillte Zweidrahtleitung für Automobil- und Industrieanwendungen. 1000BASE-T1 enthält Kabelspezifikationen für eine Reichweite von 15 Metern (Typ A) oder 40 Metern (Typ B).
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| * Die Übertragung erfolgt mit [[Pulsamplitudenmodulation#Anwendungsfall Ethernet|PAM-3]] bei 750 MBd.
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| ==== Glasfaser ====
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| * ''1000BASE-SX'', ''1000BASE-LX'', IEEE 802.3 Clause 38 (früher IEEE 802.3z) – 1 Gbit/s über Glasfaser.
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| * Die beiden Standards unterscheiden sich prinzipiell in der verwendeten Wellenlänge des optischen Infrarot-Lasers und der Art der Fasern: 1000BASE-SX verwendet kurzwelliges Licht mit 850 nm Wellenlänge und Multimode-Glasfasern, bei 1000BASE-LX strahlen die Laser langwelliges Licht mit 1310 nm Wellenlänge aus.
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| * Die Länge eines Glasfaserkabels muss mindestens 2 Meter betragen, die maximale Ausbreitung hängt von der Charakteristik der verwendeten Glasfaser ab.
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| * Multimode-Glasfaserkabel können je nach Faserquerschnitt und modaler Dämpfung zwischen 200 und 550 Meter erreichen, während 1000BASE-LX auf [[Singlemode-Faser|Singlemode-Glasfaserkabel]] bis 5 km spezifiziert sind.
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| * ''1000BASE-LX10'', manchmal auch ''1000BASE-LH'' (LH steht für ''Long Haul'') – Zum Einsatz kommen hierbei Singlemode-Glasfaserkabel mit einer maximalen Länge von 10 km.
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| * Die restlichen Eigenschaften gleichen denen von 1000BASE-LX.
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| * ''1000BASE-BX10'' verwendet eine einzige Singlemode-Faser mit bis zu 10 km Reichweite mit je Richtung verschiedenen Wellenlängen: downstream 1490 nm, upstream 1310 nm.
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| * ''1000BASE-EX und -ZX'' sind keine IEEE-Standards – Zum Einsatz kommen Singlemode-Glasfaserkabel mit einer maximalen Länge von 40 km (-EX) bzw. 70 km (-ZX).
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| * Das verwendete Licht hat eine Wellenlänge von 1550 nm.
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| === 2,5- und 5-Gbit/s-Ethernet ===
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| '''2.5GBASE-T''' und '''5GBASE-T''', auch 2.5GbE und 5GbE abgekürzt und bisweilen zusammen ''NBASE-T''
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| Effektiv sind 2.5GBASE-T und 5GBASE-T herunterskalierte Versionen von 10GBASE-T mit 25 % und 50 % der Signalrate.
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| * Durch die niedrigeren Frequenzen ist es möglich, geringerwertiges Kabel als das für 10GBASE-T notwendige Cat6A zu verwenden.
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| Hierbei dient für 2.5G eine Verkabelung mindestens nach Cat5e und für 5G eine nach mindestens Cat6.
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| Als [[IEEE 802.3bz]] offiziell verabschiedet, gab es bereits vorher Produkte von einigen Herstellern, darunter [[Broadcom]], [[Intel]] und [[Marvell Technology Group|Marvell]].
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| === 10-Gbit/s-Ethernet ===
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| Der 10-Gbit/s-Ethernet-Standard (kurz: 10GbE, 10GigE oder 10GE) bringt zehn unterschiedliche [[Übertragungstechnik]]en, acht für Glasfaserkabel und zwei für [[Kupferkabel]] mit sich. 10-Gbit/s-Ethernet wird für [[Local Area Network|LAN]], [[Metropolitan Area Network|MAN]] und [[Wide Area Network|WAN]] verwendet.
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| * Der Standard für die Glasfaserübertragung heißt [[IEEE 802.3ae]], die Standards für Kupfer sind [[IEEE 802.3ak]] und [[IEEE 802.3an]].
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| ==== Glasfaser ====
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| ; Multimode
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| * ''10GBASE-SR'' überbrückt kurze Strecken über Multimode-Fasern, dabei wird langwelliges Licht mit einer Wellenlänge von 850 nm verwendet.
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| * Die Reichweite ist dabei abhängig vom Kabeltyp, so reichen 62,5 µm „FDDI-grade“ Fasern bis zu 26 m,
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| * ''10GBASE-LRM'' verwendet eine Wellenlänge von 1310 nm, um über alle klassischen Multimode-Fasern (62,5 µm Fiber „FDDI-grade“, 62,5 µm/OM1, 50 µm/OM2, 50 µm/OM3) eine Distanz von bis zu 220 m zu überbrücken.
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| * ''10GBASE-LX4'' (Clause 53) nutzt [[Multiplexverfahren|Wellenlängenmultiplexierung]], um Reichweiten zwischen 240 m und 300 m über die [[Lichtwellenleiter#Multimodefaser|Multimode-Fasern]] OM1, OM2 und OM3 oder 10 km über Singlemode-Faser zu ermöglichen. Hierbei wird gleichzeitig auf den [[Wellenlänge]]n 1275, 1300, 1325 und 1350 nm übertragen.
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| ; Singlemode
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| * ''10GBASE-LW4'' überträgt mit Hilfe von [[Singlemode-Faser]]n Licht der Wellenlänge 1310 nm über Distanzen bis zu 10 km.
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| * ''10GBASE-LR'' verwendet eine Wellenlänge von 1310 nm, um über Singlemode-Fasern eine Distanz von bis zu 10 km zu überbrücken.
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| * ''10GBASE-ER'' benutzt wie 10GBASE-LR Singlemode-Fasern zur Übertragung, jedoch bei einer Wellenlänge von 1550 nm, was die Reichweite auf bis zu 40 km erhöht.
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| * Da 10GBASE-ER mit dieser Wellenlänge die seltene Eigenschaft besitzt, kompatibel zu [[CWDM]]-Infrastrukturen zu sein, vermeidet er den Austausch der bestehenden Technik durch [[DWDM]]-Optik.
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| ; OC-192 – STM-64
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| * Die Standards ''10GBASE-SW'', ''10GBASE-LW'' und ''10GBASE-EW'' benutzen einen zusätzlichen WAN-Phy, um mit OC-192- ([[SONET]]) bzw. STM-64-Equipment ([[Synchrone Digitale Hierarchie|SDH]]) zusammenarbeiten zu können.
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| * Der Physical Layer entspricht dabei 10GBASE-SR bzw. 10GBASE-LR bzw. 10GBASE-ER, benutzen also auch die gleichen Fasertypen und erreichen die gleichen Reichweiten.
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| * Zu 10GBASE-LX4 gibt es keine entsprechende Variante mit zusätzlichem WAN-Phy.
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| Im [[Local Area Network|LAN]] erreichen bedingt durch die Verfügbarkeit der Produkte die Standards 10GBASE-SR und 10GBASE-LR eine steigende Verbreitung.
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| ==== Kupfer ====
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| Der Vorteil von Kupferverkabelung gegenüber Glasfasersystemen liegt in der schnelleren Konfektionierung und der unterschiedlichen Nutzbarkeit der Verkabelung (viele Anwendungen über ein Kabel).
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| * Darüber hinaus ist die Langlebigkeit von Kupfersystemen nach wie vor höher als bei Glasfasersystemen (Ausbrennen und Verschleiß der [[Leuchtdiode|LEDs]]/Laser) und die Kosten bei zusätzlich notwendiger (teurer) Elektronik.
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| ===== 10GBASE-CX4 =====
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| ''10GBASE-CX4'' nutzt doppelt-[[Twinaxialkabel|twinaxiale]] Kupferkabel (wie [[InfiniBand]]), die eine maximale Länge von 15 m haben dürfen.
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| * Dieser Standard war lange der einzige für Kupferverkabelung mit 10 Gbit/s, verliert allerdings zunehmend an Bedeutung durch 10GBASE-T, das zu den langsameren Standards abwärtskompatibel ist und bereits vorhandene Verkabelung nutzen kann.
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| ===== 10GBASE-T =====
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| ''10GBASE-T'' verwendet wie schon 1000BASE-T vier Paare aus verdrillten Doppeladern.
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| * Die dafür verwendete [[strukturierte Verkabelung]] wird im globalen Standard [[ISO/IEC 11801]] sowie in [[TIA-568A/B]] beschrieben.
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| * Die zulässige Linklänge ist vom eingesetzten Verkabelungstyp abhängig: Um die angestrebte Linklänge von 100 m zu erreichen, sind die Anforderungen von CAT-6a/7 zu erfüllen.
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| * Mit den für 1000BASE-T eingesetzten CAT-5-Kabeln (Cat-5e) ist nur die halbe Linklänge erreichbar.
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| * Der Standard ist in 802.3an beschrieben und wurde Mitte 2006 verabschiedet.
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| Bei der Übertragung wird der Datenstrom auf die vier Aderpaare aufgeteilt, so dass auf jedem Aderpaar jeweils 2,5 Gbit/s in Senderichtung und in Empfangsrichtung übertragen werden.
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| * Wie bei 1000BASE-T wird also jedes Aderpaar im Vollduplex-Betrieb genutzt.
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| * Zur Codierung werden die Modulationsverfahren 128-DSQ (eine Art doppeltes [[Quadraturamplitudenmodulation|64QAM]]) und schließlich [[Pulsamplitudenmodulation|PAM16]] verwendet, wodurch die [[Nyquist-Frequenz|Nyquistfrequenz]] auf 417 MHz reduziert wird.
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| Durch die hohe Signalrate mussten verschiedene Vorkehrungen getroffen werden, um die Übertragungssicherheit zu gewährleisten.
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| * Störungen innerhalb des Kabels werden passiv durch einen Kreuzsteg im Kabel vermindert, der für Abstand zwischen den Aderpaaren sorgt.
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| * Zusätzlich werden in den aktiven Komponenten [[Digitaler Signalprozessor|digitale Signalprozessoren]] verwendet, um die Störungen herauszurechnen.
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| So genanntes [[Übersprechen#Fremdübersprechen|Fremdübersprechen]] (Alien Crosstalk), also das Nebensprechen benachbarter, über längere Strecken eng gebündelter, ''ungeschirmter'' Kabel, kann auf diese Weise jedoch nicht verhindert werden.
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| * Deshalb sind in den Normen Kabel der Kategorie Cat '''6<sub>A</sub>''' (Klasse '''E<sub>A</sub>''') vorgesehen.
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| * Diese sind entweder geschirmt oder unterdrücken anderweitig (z. B.
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| * durch dickeren oder speziell geformten Mantel) das Fremdübersprechen ausreichend.
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| * Ungeschirmte Cat 6 Kabel (Klasse E) erreichen bei enger Bündelung (und nur dann) nicht die üblichen 100 m Leitungslänge.
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| * Zum anderen ist ein Mindestabstand der Steckverbindungen zueinander einzuhalten.
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| 10GBASE-T ist eingeschränkt auch über Cat 5e Kabel möglich, siehe [[#Kabellängen|Tabelle mit Leitungslängen]].
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| ==== Converged 10 GbE ====
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| ''Converged 10 GbE'' ist ein Standard für Netzwerke bei denen 10 GbE und 10 Gb[[Fibre Channel|FC]] verschmolzen sind.
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| * Zum Converged-Ansatz gehört auch das neue [[Fibre Channel over Ethernet]] (FCoE).
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| * Das sind FC-Pakete, die in Ethernet [[Datenkapselung (Netzwerktechnik)|gekapselt]] sind und für die dann ebenfalls die Converged Ethernet-Topologie genutzt werden kann; z. B. sind dann entsprechend aktualisierte Switches (wegen Paketgrößen) transparent für FC- und [[iSCSI]]-Storage sowie für das LAN nutzbar.
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| === 25-Gbit/s und 50-Gbit/s Ethernet ===
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| ; 25 Gigabit (25GbE) und 50 Gigabit Ethernet (50GbE) wurden von einem Industriekonsortium zur Standardisierung vorgeschlagen
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| 25/50GbE sollen in Rechenzentren höhere Leistungen als 10GbE zu deutlich geringeren Kosten als 40GbE bereitstellen, indem Technologie verwendet wird, die bereits für diejenigen 100GbE-Varianten definiert wurde, die auf 25-Gbit/s-Lanes basieren (IEEE 802.3bj).
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| * Außerdem lassen sich 25/50-Gbit/s-Verbindungen direkt auf 100 Gbit/s skalieren.
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| * Zusätzlich könnte das höhere Fertigungsvolumen von 25-Gbit/s-Komponenten zu einem schnelleren Preisverfall im 100-Gbit/s-Bereich führen.
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| Übertragungsbandbreite bei 25GBASE-T ist 1250 MHz, wodurch Cat-8-Kabel benötigt wird.
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| === 40-Gbit/s und 100-Gbit/s Ethernet ===
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| Die schnellste Variante für Twisted-Pair-Kabel unterstützt 40 Gbit/s, außerdem gibt es 40 und 100 Gbit/s sowohl über Kupferkabel ([[Twinaxialkabel|Twinax]]) als auch über Glasfaserkabel (single- und multimode).
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| Die Angaben entstammen der Spezifikation 802.3ba-2010 des IEEE und definieren folgende Reichweiten (Leitungen je Richtung):
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| * 40GBASE-KR4 40 Gbit/s (40GBASE-R mit 4 Leitungen einer Backplane) mindestens 1 m
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| * 40GBASE-CR4 40 Gbit/s (40GBASE-R mit 4 Leitungen eines geschirmten Twinax-Kupferkabels) mindestens 7 m
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| * 40GBASE-T 40 Gbit/s (Category-8 Twisted Pair) mindestens 30 m, benötigt [[Twisted-Pair-Kabel#Kategorie 8|Kategorie-8-Kabel]], Bandbreite 2000 MHz
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| * 40GBASE-SR4 40 Gbit/s (40GBASE-R mit 4 OM3-Glasfasern, multimode) mindestens 100 m
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| * 40GBASE-LR4 40 Gbit/s (40GBASE-R mit 1 OS2-Glasfaser und vier Farben/Wellenlängen, singlemode, [[Wavelength Division Multiplexing|CWDM]]) mindestens 10 km
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| * 100GBASE-CR10 100 Gbit/s (100GBASE-R mit 10 Leitungen eines geschirmten Twinax-Kupferkabels) mindestens 7 m
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| * 100GBASE-SR10 100 Gbit/s (100GBASE-R mit 10 OM3-Glasfasern, multimode) mindestens 100 m
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| * 100GBASE-SR4 100 Gbit/s (100GBASE-R mit 4 OM4-Glasfasern, multimode) mindestens 100 m (IEEE 802.3bm)
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| * 100GBASE-LR4 100 Gbit/s (100GBASE-R mit 1 OS2-Glasfaser und vier Farben, singlemode) mindestens 10 km
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| * 100GBASE-ER4 100 Gbit/s (100GBASE-R mit 1 OS2-Glasfaser und vier Farben, singlemode) mindestens 40 km
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| === 200-Gbit/s- und 400-Gbit/s-Ethernet ===
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| Geschwindigkeiten und erwartete Standards schneller als 100 Gbit/s werden manchmal auch als ''Terabit Ethernet'' bezeichnet.
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| Im März 2013 begann die [[IEEE 802.3]] ''400 Gb/s Ethernet Study Group'' mit der Arbeit an der nächsten Generation mit 400 Gbit/s, im März 2014 wurde die ''IEEE 802.3bs 400 Gb/s Ethernet Task Force'' gebildet.
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| * Im Januar 2016 wurde als zusätzliches Entwicklungsziel 200 Gbit/s hinzugefügt.
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| * Die neuen Standards wurden im Dezember 2017 veröffentlicht:
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| ;200 Gbit/s
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| * 200GBASE-DR4 (Clause 121): 500 m über je vier Monomodefasern
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| * 200GBASE-FR4 (Clause 122): 2 km über Monomodefaser, je vier Wellenlängen/Farben (CWDM)
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| * 200GBASE-LR4 (Clause 122): 10 km über Monomodefaser, je vier Wellenlängen/Farben (CWDM)
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| ;400 Gbit/s
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| * 400GBASE-FR8 (Clause 122): 2 km über Monomodefaser, je acht Wellenlängen/Farben (CWDM)
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| * 400GBASE-LR8 (Clause 122): 10 km über Monomodefaser, je acht Wellenlängen/Farben (CWDM)
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| * 400GBASE-SR16 (Clause 123): 70 m (OM3) oder 100 m (OM4) über je 16 Multimodefasern
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| * 400GBASE-DR4 (Clause 124): 500 m über je vier Monomodefasern
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| === 800-Gbit/s-Ethernet ===
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| Ein PHY-loses 800-Gbit/s-Ethernet wurde im Oktober 2020 in einem Standard des Ethernet Technology Consortiums spezifiziert. Dabei handelt es sich um einen Zusammenschluss aus zwei existierenden 400-Gigabit-Verbindungen auf dem Physical Layer zu einem MAC (OSI-Layer 2).
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| * Dieser kann einen physikalischen Endpunkt identifizieren.
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| * Hierfür werden acht 106,25-GBit/s-Lanes im Vollduplex-Modus verwendet.
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| * Die im 64/66b-Verfahren codierten Daten werden dabei abwechselnd über einen der beiden 400-Gigabit-Physical Coding Sublayer gesendet.<!--siehe Spezifikation Absatz 3.2.4.1.1 und 3.2.4.1.2//--> Der Internetknoten [[DE-CIX]] führte 800-Gbit/s-Ethernet im Oktober 2022 für seine Kunden ein.
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| Ethernet mit 800 Gbit/s und 1,6 Terabit/s werden von IEEE 802.3 in der 802.3df-Taskforce entwickelt.
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| <noinclude> | | <noinclude> |
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| {{Special:PrefixIndex/Ethernet/Medien}} | | {{Special:PrefixIndex/Ethernet/Medien}} |
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| ==== Sicherheit ====
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| ==== Dokumentation ====
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| ===== RFC =====
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| ===== Man-Pages =====
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| ===== Info-Pages =====
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| ==== Links ==== | | ==== Links ==== |
| ===== Projekt =====
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| ===== Weblinks ===== | | ===== Weblinks ===== |
| # https://www.elektronik-kompendium.de
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| [[Kategorie:Netzwerkkabel]] | | [[Kategorie:Netzwerk/Medien]] |
| | [[Kategorie:Ethernet]] |
| </noinclude> | | </noinclude> |