ギガビットイーサネット

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コンピュータネットワークではギガビットイーサネットGbEまたは1 GigE )は、ギガビット/秒の速度でイーサネットフレームを送信するために適用される用語です。最も人気のあるバリアント1000BASE-Tは、 IEEE802.3ab標準で定義されています。1999年に使用が開始され、ファストイーサネットよりも大幅に速度が向上し、広く利用可能で経済的で以前の規格と同様のケーブルや機器が使用されているため、有線ローカルネットワークの ファストイーサネットに取って代わりました。

歴史

イーサネットは、 1970年代初頭にXerox PARCで実施された研究の結果であり、その後、広く実装された物理およびリンク層プロトコルに進化しました。ファストイーサネットは、速度を10から100メガビット/秒(Mbit / s)に上げました。ギガビットイーサネットは次のイテレーションであり、速度を1000 Mbit / sに上げました。

  • ギガビットイーサネットの初期標準は、1998年6月にIEEEによってIEEE 802.3zとして作成され、光ファイバーが必要でした。802.3zは一般に1000BASE-Xと呼ばれ、-Xは-CX、-SX、-LX、または(非標準)-ZXのいずれかを指します。(「X」の背後にある歴史については、ファストイーサネット§命名法を参照してください。)
  • 1999年に承認されたIEEE802.3abは、シールドなしツイストペア(UTP)カテゴリ5、5e または6ケーブル介したギガビットイーサネット伝送を定義し、1000BASE-Tとして知られるようになりました。802.3abの承認により、組織が既存の銅線ケーブルインフラストラクチャを使用できるようになったため、ギガビットイーサネットはデスクトップテクノロジになりました。
  • 2004年に承認されたIEEE802.3ahは、さらに2つのギガビットファイバ標準を追加しました。1000BASE-LX10(ベンダー固有の拡張機能としてすでに広く実装されています)と1000BASE-BX10です。これは、ファーストマイルのイーサネットとして知られているプロトコルのより大きなグループの一部でした

当初、ギガビットイーサネットは大容量のバックボーンネットワークリンク(たとえば、大容量のキャンパスネットワーク)に導入されていました。2000年、Appleの Power MacG4PowerBookG4は、1000BASE-T接続を備えた最初の大量生産されたパーソナルコンピュータでした。[1]それはすぐに他の多くのコンピューターに組み込まれた機能になりました。

リピータハブを介して接続された半二重ギガビットリンクはIEEE仕様の一部でしたが[2]、仕様は更新されなくなり、スイッチを使用した全二重動作のみが使用されます。

品種

PCI-Xを介してコンピュータに接続するIntelの1000BASE-T対応ネットワークインターフェイスカード

光ファイバ(1000BASE-X)、ツイストペアケーブル(1000BASE-T)、またはシールド付き平衡銅線ケーブル(1000BASE-CX) を使用したギガビットイーサネットには、5つの物理層規格があります。

IEEE 802.3z規格には、マルチモードファイバを介した伝送用の1000BASE-SX、シングルモードファイバを介した伝送用の1000BASE-LX 、およびシールド付き平衡銅線ケーブルを介した伝送用のほぼ廃止された1000BASE-CXが含まれています。これらの規格は8b / 10bエンコーディングを使用しており、ラインレートを1000 Mbit / sから1250Mbit / sに25%拡大して、DCバランスの取れた信号を確保し、クロックリカバリを可能にします。次に、シンボルはNRZを使用して送信されます。

光ファイバトランシーバは、ほとんどの場合、SFP形式のユーザースワップ可能なモジュールまたは古いデバイスの GBICとして実装されます。

広く使用されている1000BASE-Tインターフェイスタイプを定義するIEEE802.3abは、シンボルレートを可能な限り低く保つために異なるエンコード方式を使用し、ツイストペアを介した伝送を可能にします。

IEEE 802.3apは、さまざまな速度での電気バックプレーンを介したイーサネット動作を定義しています。

ファーストマイルのイーサネットは、後に1000BASE-LX10と-BX10を追加しました。

ツイストペアベースのイーサネット物理トランスポート層(TP-PHY)の比較[3]
名前 標準 状態 速度(Mbit / s) 必要なペア 方向ごとのレーン ヘルツあたりのビット数 ラインコード レーンあたりのシンボルレート(MBd) 帯域幅 最大距離(m) ケーブル ケーブル定格(MHz) 使用法
1000BASE‑T 802.3ab-1999(CL40) 現在 1000 4 4 4 TCM 4D-PAM-5 125 62.5 100 Cat5 100 LAN
1000BASE-T1 802.3bp-2016 現在 1000 1 1 2.6 6 PAM-3 80B / 81B RS-FEC 750 375 40 Cat 6A 500 自動車、IoT、M2M
1000BASE‑TX TIA / EIA-854(2001) 廃止 1000 4 2 4 PAM-5 250 125 100 Cat 6 250 市場の失敗

1000BASE-T

Supermicro AOC-SGP-I2デュアルポートギガビットイーサネットNICPCIExpress ×4カード

1000BASE-T(IEEE 802.3abとも呼ばれます)は、線を介したギガビットイーサネットの標準です。

各1000BASE-Tネットワークセグメントの最大長は100メートル(330フィート)であることが推奨されており[4] [a] 、カテゴリ5ケーブル以上(Cat5eおよびCat6を含む)を使用する必要があります

オートネゴシエーションは、 Clause40(1000BASE-T)に必要なセクション28D.5拡張機能に従って、1000BASE-T [5]を使用するための要件です。[6] 一方のエンドポイントがマスターで、もう一方のエンドポイントがスレーブである必要があるため、少なくともクロックソースをネゴシエートする必要があります。

10BASE -T100BASE -TXの両方から離れて1000BASE-Tは、ハイブリッド回路[7](これは電話のようなものですハイブリッド)および5レベルパルス振幅変調(PAM-5)。シンボルレートは100BASE-TX(125 メガボー)と同じであり、1000BASE-Tは4次元トレリスを使用するため、5レベル信号のノイズ耐性も100BASE-TXの3レベル信号と同じです。 6 dBを達成するためのコード化変調(TCM)  4つのペアにわたるコーディングゲイン

ネゴシエーションは2ペアのみで行われるため、2つのギガビットインターフェイスが2ペアのみのケーブルで接続されている場合、インターフェイスは最大公約数(HCD)として「ギガビット」を正常に選択しますが、リンクは確立されません。ほとんどのギガビット物理デバイスには、この動作を診断するための特定のレジスタがあります。一部のドライバは「Ethernet @ Wirespeed」オプションを提供しており、この状況では接続が遅くなりますが機能します。[8]

データは、一度に8ビットずつ4つの銅線ペアを介して送信されます。まず、線形フィードバックシフトレジスタに基づく自明でないスクランブリング手順により、8ビットのデータが4つの3ビットシンボルに拡張されます。これは100BASE-T2で行われることと似ていますが、異なるパラメーターを使用します。次に、3ビットシンボルは、送信中に連続的に変化する電圧レベルにマッピングされます。マッピングの例は次のとおりです。

シンボル 000 001 010 011 100 101 110 111
ライン信号レベル 0 +1 +2 -1 0 +1 −2 -1

自動MDI / MDI-X構成は、1000BASE-T標準のオプション機能として指定されています[9]。これは、ストレートケーブルがギガビット対応のインターフェイス間で機能することが多いことを意味します。この機能により、クロスケーブルが不要になり、多くの古いハブやスイッチに見られるアップリンク/通常のポートと手動セレクタースイッチが廃止され、インストールエラーが大幅に減少します。

既存のCat-5eおよびCat-6ケーブルの使用を拡張および最大化するために、追加の次世代規格2.5GBASE-Tおよび5GBASE-Tは、 1000BASE-Tで使用します。[10] 10GBASE-Tに基づいていますが、より低い信号周波数を使用します。

1000BASE-T1

IEEE 802.3は、IEEE Std802.3bp-2016で1000BASE-T1を標準化しました。[11]これは、自動車および産業用アプリケーション向けの単一ツイストペアを介したギガビットイーサネットを定義します。これには、15メートル(タイプA)または40メートル(タイプB)の到達距離のケーブル仕様が含まれています。送信は、750MBdのPAM-3を使用して行われます。

1000BASE-TX

電気通信工業会(TIA)は、1000BASE-T(TIA / EIA-854)と呼ばれる、実装がより簡単な1000BASE-Tと同様の標準を作成して推進しました。[12]簡略化された設計では、理論的には、4つの双方向ペアではなく4つの単方向ペア(2ペアTXと2ペアRX)のみを使用することで、必要な電子機器のコストを削減できます。ただし、このソリューションは商業的な失敗であり、[要出典]は、必要なカテゴリ6ケーブルと、1000BASE-T製品の急速なコスト低下が原因である可能性があります。

1000BASE-CX

802.3z-1998 CL39標準化1000BASE-CXは、平衡シールドツイストペアとDE-9または8P8Cコネクタ(1000BASE-Tとは異なるピン配置)を使用した最大距離25メートルのギガビットイーサネット接続の初期標準です。セグメント長が短いのは、信号伝送速度が非常に高いためです。たとえば、IBM BladeCenterはブレードサーバーとスイッチモジュール間のイーサネット接続に1000BASE-CXを使用しますが、1000BASE-Tは、一般的な銅線配線用に成功しています。 。 [13]

1000BASE-KX

802.3ap-2007 CL70標準化1000BASE-KXは、電気バックプレーンでのイーサネット動作に関するIEEE802.3ap標準の一部です。この規格は、バックプレーンリンクの1〜4レーン、レーンごとに1つのRXおよび1つのTX差動ペアを定義し、リンク帯域幅は100Mbit〜10Gbit /秒(100BASE-KX〜10GBASE-KX4)です。1000BASE-KXバリアントは、1.25 GBdの電気(光ではない)信号速度を使用します。

光ファイバー

1000BASE-Xは、業界でファイバーを介したギガビットイーサネット伝送を指すために使用されます。オプションには、1000BASE-SX、1000BASE-LX、1000BASE-LX10、1000BASE-BX10、または非標準の-EXおよび-ZX実装が含まれます。同じ8b / 10bラインコードを使用する銅線のバリエーションが含まれています。1000BASE-Xは、ファイバチャネル用に開発された物理層標準に基づいています。[14]

ファイバーベースのTP-PHYの凡例[3]
MMF FDDI
62.5 / 125 µm
(1987)
MMF OM1
62.5 / 125 µm
(1989)
MMF OM2
50/125 µm
(1998)
MMF OM3
50/125 µm
(2003)
MMF OM4
50/125 µm
(2008)
MMF OM5 50/125
µm
(2016)
SMF OS1
9/125 µm
(1998)
SMF OS2
9/125 µm
(2000)
160MHz・km
@ 850 nm
200MHz・km
@ 850 nm
500MHz・km
@ 850 nm
1500MHz・km
@ 850 nm
3500MHz・km
@ 850 nm
3500MHz・km
@ 850 nm&
1850MHz・km
@ 950 nm
1 dB / km
@
1300/1550 nm
0.4 dB / km
@
1300/1550 nm
名前 標準 状態 メディア コネクタ トランシーバー
モジュール

mで リーチ

メディア
(⇆)
ラムダ(→)

レーン(→)

ノート
ギガビットイーサネット(GbE) - データレート:1000 Mbit / s-ラインコード8B / 10B × NRZ-ラインレート:1.25  GBd-全二重または半二重))
1000BASE‑CX 802.3z-1998
(CL39)
遺産 TWP
シールド
バランス
(150Ω)
8P8C
DE-9
FC / HSSDC
CX4(SFF-8470)
(IEC 61076-3-103)
該当なし 25 4 該当なし 4 データセンター;
1000BASE-Tより前の日付。ほとんど使われません。
1000BASE‑KX 802.3ap-2007
(CL70)
現在 Cu-バックプレーン 該当なし 該当なし 1 1 該当なし 4 PCB
1000BASE‑SX 802.3z-1998
(CL38)
現在 ファイバー
770– 860 nm
ST
SC
LC
MT-RJ [15]
SFP
GBIC
ダイレクトプラグ
OM1:275 2 1 1
OM2:550
OM3:1k
1000BASE‑LSX プロプライエタリ
(非IEEE)
現在 ファイバー
1310nm
LC SFP OM1:2k [16] 2 1 1 ベンダー固有。
FPレーザー送信機
OM2:1k [17]
OM4:2k [18]
1000BASE‑LX 802.3z-1998
(CL38)
現在 ファイバー
1270– 1355 nm
SC
LC
SFPGBIC
ダイレクト
プラグ
OM1:550 2 1 1
OM2:550
OM3:550
OSx:5k
1000BASE‑LX10 802.3ah-2004
(CL59)
現在 ファイバー
1260– 1360 nm
LC SFP OM1:550 2 1 1 -LXと同じですが、電力/感度が向上しています。一般に、802.3ahより前は
単に-LXまたは-LHと呼ばれてまし
OM2:550
OM3:550
OSx:10k
1000BASE-BX10 現在 ファイバー
TX:1260 – 1360 nm
RX:1480 – 1500 nm
OSx:10k 1 多くの場合、単に-BXと呼ばれます
1000BASE‑EX プロプライエタリ
(非IEEE)
現在 ファイバー
1310nm
SC
LC
SFP
GBIC
OSx:40k 2 1 1 ベンダー固有
1000BASE‑ZX / ‑EZX プロプライエタリ
(非IEEE)
現在 ファイバー
1550nm
SC
LC
SFP
GBIC
OSx:70k 2 1 1 ベンダー固有
1000BASE‑RHx 802.3bv-2017
(CL115)
現在 ファイバー
650nm
FOT
(PMD / MDI)
該当なし POF:≤50 1 1 1 自動車産業家庭; [19] [20]
ラインコード:64b65b ×PAM16
ラインレート:325 MBd
バリアント:-RHA(50 m)、-RHB(40 m)、-RHC(15m)。
1000BASE-PX 802.3ah-2004
802.3bk-2013

(CL60)
現在 ファイバー
TX:1270 nm
RX:1577 nm
SC SFP
XFP
OSx:
10k – 40k
1 1 1 EPON ; FTTH ;
ポイントツーマルチポイントトポロジを使用します。
1000BASE‑CWDM
[21] [22]
ITU-T G.694.2 現在 ファイバー
1270– 1610 nm
LC SFP OSx:
40k – 100k
2 1 1 CWDMを使用すると、2つのファイバ上に複数のパラレルチャネルを設定できます。
スペクトル帯域幅11nm;
18の並列チャネルが可能
1000BASE‑DWDM
[23] [22]
ITU-T G.694.1 現在 ファイバー
1528– 1565 nm
LC SFP OSx:
40k – 120k
2 1 1 DWDMを使用すると、2つのファイバ上に複数の並列チャネルを設定できます。
スペクトル帯域幅0.2nm;
45〜160の並列チャネルが可能

1000BASE-SX

1000BASE-SXは、 770〜860ナノメートル近赤外線(NIR)波長を使用するマルチモードファイバー上で動作する光ファイバーギガビットイーサネット標準です。

この規格では、62.5μm/ 160MHz×km マルチモードファイバの場合は最大220メートル、62.5μm/  200MHz×kmの場合は275m、50μm/ 400MHz×kmの場合は500m、50μmの場合は550mの最大長が指定されています。 / 500MHz×kmマルチモードファイバ。[24] [25]実際には、高品質のファイバ、光ファイバ、および終端を使用すると、1000BASE-SXは通常かなり長い距離で動作します。[要出典]

この規格は、大規模なオフィスビル、コロケーション施設、および通信事業者に中立なインターネットエクスチェンジの建物内リンクで非常に人気があります。

SXインターフェースの光パワー仕様:最小出力パワー=  −9.5dBm最小受信感度= -17dBm。

1000BASE-LSX

1000BASE-LSXは非標準ですが、 ギガビットイーサネット伝送を指す業界で受け入れられている[26]用語です。1000BASE-SXと非常によく似ていますが、1310 nmの波長のレーザーで動作するSXよりも高品質の光学系により、マルチモードファイバーのペアで最大2kmの長距離を実現します。-LX、-LX10、および-SXの使用はベンダー間であいまいであるため、1000BASE-SXまたは1000BASE-LXと簡単に混同されます。この範囲は、ファブリペローレーザー送信機を使用して実現されます。

1000BASE-LX

1000BASE-LXは、IEEE 802.3条項38で指定されている光ファイバギガビットイーサネット規格であり、長波長レーザー(1,270〜1,355 nm)と最大RMSスペクトル幅4nmを使用します。

1000BASE-LXは、10μmのシングルモードファイバで最大5kmの距離で動作するように指定されています。

1000BASE-LXは、最大セグメント長が550mのすべての一般的なタイプのマルチモードファイバでも実行できます。リンク距離が300mを超える場合は、特別な発射調整パッチコードの使用が必要になる場合があります。[27]これにより、ファイバーの中心から正確なオフセットでレーザーが発射され、ファイバーコアの直径全体にレーザーが広がり、レーザーが少数のレーザーに結合するときに発生する差動モード遅延と呼ばれる影響が減少します。マルチモードファイバで使用可能なモード。

1000BASE-LX10

1000BASE-LX10は、First Mileタスクグループのイーサネットの一部として、最初のギガビットファイバーバージョンから6年後に標準化されました。これは実質的に1000BASE-LXと同じですが、高品質の光学系により、シングルモードファイバーのペアで最大10kmの長距離を実現します。標準化される前は、1000BASE-LX10は、1000BASE-LX / LHまたは1000BASE-LHと呼ばれる独自の拡張機能として、多くのベンダーによって基本的にすでに広く使用されていました。[28]

1000BASE-EX

1000BASE-EXは非標準ですが、ギガビットイーサネット伝送を指す業界で受け入れられている用語[29]です。1000BASE-LX10と非常によく似ていますが、1310 nmの波長のレーザーで動作するLX10よりも高品質の光学系により、シングルモードファイバーのペアで最大40kmの長距離を実現します。これはLH(長距離)と呼ばれることもあり、ベンダー間で-LX(10)、-LH、-EX、および-ZXの使用があいまいであるため、1000BASE-LX10または1000BASE-ZXと簡単に混同されます。1000BASE-ZXは、1550 nmの波長の光学系を使用する、非常によく似た非標準の長距離バリアントです。

1000BASE-BX10

1000BASE-BX10は、シングルモードファイバーの1本のストランドで最大10 kmの距離に対応し、各方向に異なる波長を使用します。ダウンストリーム(ネットワークの中心から外部)に送信する端子は1490 nmの波長を使用し、アップストリームに送信する端子は1310 nmの波長を使用するため、ファイバの両側の端子は等しくありません。これは、各トランシーバー内のパッシブスプリッタープリズムを使用して実現されます。

一般に「BiDi」(双方向)として知られている他の非標準の高出力一本鎖光学系は、1490/1550 nm範囲の波長ペアを利用し、20、40、80km以上の距離に到達できます。モジュールのコスト、ファイバパス損失、スプライス、コネクタ、パッチパネルによって異なります。非常に長いリーチのBiDi光学系は、1510 / 1590nmの波長ペアを使用する場合があります。

1000BASE-ZX

1000BASE-ZXは、非標準ですがマルチベンダー[30]の用語で、シングルモードファイバーで少なくとも70 km(43マイル)の距離を達成するために1,550nmの波長を使用するギガビットイーサネット伝送を指します。一部のベンダーは、1000BASE-EZXと呼ばれることもあるシングルモードファイバーで最大120 km(75マイル)の距離を指定しています。80 kmを超える範囲は、使用中のファイバーのパス損失、特に1 kmあたりのdB単位の減衰値、トランシーバー間に配置されたコネクター/パッチパネルおよびスプライスの数と品質に大きく依存します。[31]

1000BASE‑CWDM

1000BASE-CWDMは非標準ですが、ギガビットイーサネット伝送を指す業界で受け入れられている用語[21] [22]です。1000BASE-LX10と非常によく似ていますが、LX10よりも高品質の光ファイバと1270〜1610 nmで動作するCWDMを使用しているため、シングルモードファイバのペアで最大40〜120 kmの長距離、最大18のパラレルチャネルを実現します。波長レーザー。

CWDMを使用するには、ファイバリンクの両端にMux / Demuxユニット、対応する波長のCWDM MUX / DEMUX、および対応する波長のSFPが必要です。[22]は、チャネル数を増やすために一連のDWDMを実行することも可能です。

ほとんどの用途波長:1270 nm、1290 nm、1310 nm、1330 nm、1350 nm、1370 nm、1390 nm、1410 nm、1430 nm、1450 nm、1470 nm、1490 nm、1510 nm、1530 nm、1550 nm、1570 nm、1590 nm、および1610 nm

CWDMはDWDMよりも安価に使用でき、コストの約1 / 5-1 / 3です。[32] [33] CWDMは、ファイバーを使用できる場合、従来の-LX / -LZトランシーバーよりも約5〜10倍高価です。

1000BASE‑DWDM

1000BASE-DWDMは非標準ですが、ギガビットイーサネット伝送を指す業界で受け入れられている用語[23] [22]です。1000BASE-LX10と非常によく似ていますが、LX10よりも高品質の光ファイバと1528で実行されるDWDMの使用により、シングルモードファイバのペアで最大40〜120 kmの長距離、および最大64〜160のパラレルチャネルを実現します。 1565nm波長レーザー。

最も使用されるチャネルは、波長1528.77-1563-86nmのCH17-61です。

DWDMを使用するには、ファイバーリンクの両端にMux / Demuxユニット、対応する波長のDWDM MUX / DEMUX、および対応する波長のSFPが必要です。[22] CWDMを直列に使用してチャネル数を増やすことも可能です。[要出典]

1000BASE-RH x

IEEE 802.3bv-2017は、赤色光(600〜700 nm)を使用した-R 64b / 65bラージブロックエンコーディングを使用して、ギガビットイーサネットオーバーステップインデックスプラスチック光ファイバー(POF)を標準化することを定義しています。1000BASE-RHAは、家庭用および民生用(裸のPOFをクランプするだけ)、産業用の1000BASE-RHB、および自動車用の1000BASE-RHCを対象としています。

光の相互運用性

同じリンク上のそれぞれの1000BASE-Xイーサネットインターフェイスとの光の相互運用性が存在する可能性があります。[34]特定のタイプの光学系では、波長が一致しない可能性もあります。[35]

相互運用性を実現するには、いくつかの基準を満たす必要があります。[36]

1000BASE-Xイーサネットは100BASE-Xとの下位互換性がなく、10GBASE-Xとの上位互換性もありません。

も参照してください

メモ

  1. ^ ISOでは、長さは純粋に参考情報です。EN 50173シリーズ規格への準拠をテストするため、長さは合格/不合格の基準ではありません。
  2. ^ 特定のタイプの光学部品が波長の不一致で動作する可能性があります。[37]

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