Ethernet/Typ/Gigabit-Ethernet

Gigabit-Ethernet

Bei 1000-Mbit/s-Ethernet (Gigabit-Ethernet; kurz: GbE oder GigE) kommen im Wesentlichen zwei verschiedene Kodiervarianten zum Einsatz.

• 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.
• 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.
• Bei 1000BASE-T hingegen wird der Datenstrom in vier Teilströme unterteilt, die jeweils mit PAM-5 und Trellis-Codierung in ihrer Bandbreite geformt und über die vier Aderpaare gleichzeitig gesendet und empfangen werden.

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.

Kupfer

• 1000BASE-T, IEEE 802.3 Clause 40 (früher IEEE 802.3ab) – 1 Gbit/s über Kupferkabel ab Cat-5 UTP-Kabel oder besser Cat-5e oder Cat-6 (Verkabelung nach TIA-568A/B).
• Die maximale Länge eines Segments beträgt wie bei 10BASE-T und 100BASE-TX 100 Meter.
• Wichtige Merkmale des Verfahrens sind:
  • Verwendung aller vier Doppeladern in beide Richtungen (Echokompensation)
  • Modulationsverfahren PAM-5 (Pulsamplitudenmodulation mit fünf Zuständen) übermittelt zwei Bit pro Schritt und Aderpaar
  • Einsatz einer Trellis-Codierung und Scrambling
  • Schrittgeschwindigkeit 125 MBaud pro Aderpaar
  • Übertragungsbandbreite 62,5 MHz

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.

• 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.
• Statt Klasse-D-Verkabelung bei 1000BASE-T benötigen diese Übertragungsverfahren im Gegenzug Installationen nach Klasse E und Klasse F.
• Das Hauptargument für die Entstehung dieser Übertragungsverfahren, die hohen Kosten für Netzwerkanschlüsse mit 1000BASE-T-Unterstützung, ist längst entkräftet.

1000BASE-SX Transceiver in SFP-Ausführung

• 1000BASE-CX, IEEE 802.3 Clause 39 – Als Übertragungsmedium werden zwei Aderpaare eines Shielded-Twisted-Pair-Kabels (STP) mit einer maximalen Kabellänge von 25 m und einer Impedanz von 150 Ohm eingesetzt.
• Der Anschluss erfolgt über 8P8C-Modularstecker/-buchsen (meist als „RJ45“/„RJ-45“ bezeichnet) oder DE-9 in einer Sterntopologie.
• Im Vergleich zu 1000BASE-T werden bei 1000BASE-CX deutlich höhere Anforderungen an das Kabel gestellt.
• So ist etwa die verwendete Bandbreite um den Faktor 10 höher (625 MHz gegenüber 62,5 MHz).
• Die Komponenten sind außerdem zueinander nicht kompatibel.
• 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).
• Die Übertragung erfolgt mit PAM-3 bei 750 MBd.

Glasfaser

• 1000BASE-SX, 1000BASE-LX, IEEE 802.3 Clause 38 (früher IEEE 802.3z) – 1 Gbit/s über Glasfaser.
• 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.
• Die Länge eines Glasfaserkabels muss mindestens 2 Meter betragen, die maximale Ausbreitung hängt von der Charakteristik der verwendeten Glasfaser ab.
• Multimode-Glasfaserkabel können je nach Faserquerschnitt und modaler Dämpfung zwischen 200 und 550 Meter erreichen, während 1000BASE-LX auf Singlemode-Glasfaserkabel bis 5 km spezifiziert sind.
• 1000BASE-LX10, manchmal auch 1000BASE-LH (LH steht für Long Haul) – Zum Einsatz kommen hierbei Singlemode-Glasfaserkabel mit einer maximalen Länge von 10 km.
• Die restlichen Eigenschaften gleichen denen von 1000BASE-LX.
• 1000BASE-BX10 verwendet eine einzige Singlemode-Faser mit bis zu 10 km Reichweite mit je Richtung verschiedenen Wellenlängen: downstream 1490 nm, upstream 1310 nm.
• 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).
• Das verwendete Licht hat eine Wellenlänge von 1550 nm.