Ethernet/Typ/100Mbit

100-Mbit/s-Ethernet

Beim Übergang von 10- auf 100-Mbit/s-Ethernet (Vorlage:Lang) 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.

• 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).
• PCS, PMA und PMD bilden gemeinsam die physische Schicht.
• 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.

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.

• 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.
• Die verwendeten Leitungscodeworte garantieren eine für die Bitynchronisation beim Empfänger ausreichende minimale Häufigkeit von Leitungszustandswechseln.
• 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.
• 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.

Kupfer

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).

• Die maximale Länge eines Segments beträgt wie bei 10BASE-T 100 Meter.
• Die Steckverbindungen sind als 8P8C-Modularstecker und -buchsen ausgeführt und werden meist mit „RJ-45“ bezeichnet.

100BASE-T4, IEEE 802.3 Clause 23

100 Mbit/s Ethernet über Category-3-Kabel (wie es in 10BASE-T-Installationen benutzt wird).

• Verwendet alle vier Aderpaare des Kabels.
• Es ist inzwischen obsolet, da Category-5-Verkabelung heute die Norm darstellt.
• Es ist darüber hinaus auf Halbduplex-Übertragung beschränkt.

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.

• Es unterstützt den Vollduplexmodus und benutzt nur zwei Aderpaare.
• Es ist damit funktionell äquivalent zu 100BASE-TX, unterstützt aber ältere Kabelinstallationen.

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 Cat-5-Kabel.

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.

• Ist das Telefonkabel als Sternvierer verseilt, bilden die gegenüberliegenden Adern jeweils ein Paar.

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.

• Dabei werden nicht nur zwei Zustände (positive oder negative Differenzspannung) auf dem Aderpaar unterschieden, es kommt ein dritter Zustand (keine Differenzspannung) dazu (ternärer Code).
• Damit wird der Datenstrom mit einer Symbolrate von 125 MBaud innerhalb einer Bandbreite von 31,25 MHz übertragen.

Während der 4B5B-Code ausreichend viele Signalwechsel für die Bitynchronisation beim Empfänger garantiert, kann MLT-3 zur benötigten Gleichspannungsfreiheit nichts beitragen.

• Als „Vorlage:Lang“ bekannte Übertragungsmuster können dabei das Scrambling kompensieren und dem Übertragungsmuster eine signifikante Gleichspannung überlagern (Vorlage:Lang), die die Abtastung erschwert und zu einem Verbindungsabbruch der Endgeräte führt.
• Um gegen solche Angriffe immun zu sein, implementieren die PHY-Bausteine der Netzwerkkarten daher eine Gleichspannungskompensation.

100BASE-T1, IEEE 802.3bw-2015

In der von IEEE 802.3b standardisierten Fast-Ethernet Definition 100BASE-T1 werden die Daten über ein symmetrisch verdrilltes Kupferpaar mit PAM-3 vollduplex übertragen.

• Das Twisted-Pair-Kabel von 100 Ω Impedanz muss mindestens 66 MHz übertragen können, damit eine maximale Länge von 15 m erreicht werden kann.
• Der Standard ist für Anwendungen im Automobilbereich vorgesehen.
• 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.

Glasfaser

100BASE-FX, IEEE 802.3 Clause 26

100 Mbit/s Ethernet über Multimode-Glasfaser.

• Maximale Segmentlängen über Multi-Mode-Kabel: 400 Meter im Halbduplex-/Repeaterbetrieb, 2000 Meter im Vollduplex-/Switchbetrieb.
• Der gescrambelte 4B5B-Datenstrom wird direkt über einen optischen Lichtmodulator gesendet und in gleicher Weise empfangen, hierfür wird ein Faserpaar verwendet.
• 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.

100BASE-SX, TIA-785

Günstigere Alternative zu 100BASE-FX, da eine Wellenlänge von 850 nm verwendet wird; die Bauteile hierfür sind günstiger.

• Maximale Segmentlänge: 550 Meter über Multimode-Glasfaser.
• Durch die verwendete Wellenlänge optional abwärtskompatibel zu 10BASE-FL.
• Es wird ein Faserpaar benötigt.

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.

• Hierfür wird ein Splitter benötigt, welcher die zu sendenden/empfangenden Daten auf die Wellenlängen 1310 und 1550 nm aufteilt.
• Dieser Splitter kann im Übertragungsbauteil, z. B. einem SFP-Modul, integriert sein.
• Dieser Standard erzielt Reichweiten von 10 km, erweiterte Versionen 20 oder 40 km.

100BASE-LX10, IEEE 802.3 Clause 58

Fast-Ethernet über ein Single-Mode Faserpaar.

• Wellenlänge: 1310 nm, Segmentlänge: 10 km.