Por que os padrões Ethernet são escritos na forma de 10/100/1000? Por que não apenas 1000?

Eu sempre vi padrões Ethernet escritos no formato " baixo valor / valor médio / valor máximo " e sempre me perguntei por que.

Um roteador não reproduz apenas uma velocidade mais baixa em nada abaixo do máximo, se estiver configurado como tal, tornando "/" desnecessário?

Eles incluem isso porque nem todas as portas são capazes de executar em várias velocidades ou determinadas velocidades.

A execução em apenas uma velocidade foi provavelmente a mais comum quando o 100BASE-TX foi lançado pela primeira vez e vários comutadores tinham portas fixas 100BASE-TX como portas de ligação ascendente com portas 10BASE-T para fornecer acesso. No entanto, é comum que muitas portas baseadas em GBIC / SFP sejam executadas apenas a uma determinada velocidade designada (por exemplo, 100 Mbps ou 1000 Mbps).

Avançando, você começará a ver o suporte para algumas velocidades mais baixas serem reduzidas. A Cisco não está mais fornecendo suporte ao 10BASE-T com suas novas portas "multi-Gig". Não tenho certeza se essa é uma opção de design da Cisco ou também faz parte da alteração IEEE 802.3bz que ainda está em andamento.

Você também encontrará a maioria das portas (AFAIK todas, mas não 100% certas) na plataforma Cisco Nexus não suportará mais 10BASE-T e será designada como portas 100/1000 (ou portas 1000/10000 que não suportam 100BASE-TX )

E não é apenas a Cisco. Outros fornecedores que oferecem capacidade de 10G geralmente limitam as portas a velocidades de 1 / 10G ou 100/1000/10000. Como exemplos, a HP possui vários produtos que seguem o modelo de velocidade dupla e o Extreme tende a usar o modelo de velocidade triplo para suas portas de cobre 10G.

Boa pergunta. Para respondê-lo completamente, seria necessário um profundo olhar sobre a fiação Ethernet. Mas vou tentar explicá-lo em linguagem mais simples.

Todas as três velocidades (10, 100, 1000) passam pela mesma fiação física: Par trançado não blindado ( UTP ). O UTP é composto de 4 pares de fios (8 fios no total) - cada par é torcido . Cada par de fios trabalha em conjunto para enviar sinais para a outra extremidade.

O que permite ao mesmo cabeamento físico transportar bits através do fio em velocidades tão diferentes é a maneira como cada um dos 4 pares de fios é usado. Teremos que discutir três idéias separadas: padrões e uso de fios, bits transmitidos e frequência.

Padrões e uso de fios

Por exemplo, 100BASE-TX é o padrão predominante que governa taxas de transmissão de 100mbps sobre UTP. Isso é feito dedicando um par de fios para transmissão e o outro par para receber - os dois pares restantes não são utilizados.

1000BASE-T é o padrão predominante que governa taxas de transmissão de 1000mbps sobre UTP. Isso é feito usando todos os quatro pares de fios, ao mesmo tempo, nas duas direções. Cada par é responsável por transportar cerca de 250 Mbps de tráfego por vez, proporcionando uma taxa de transferência total de 1000 Mbps, ou 1 Gbps.

Bits transmitidos

Uma das outras diferenças entre 100BASE-TX e 1000BASE-T é que cada um transmite os bits através do fio de maneira diferente.

Basicamente, a qualquer momento, um certo sinal de tensão no fio representa um determinado valor. No 100BASE-TX, existem apenas dois valores possíveis: um valor de 0ou um valor de 1. Você poderia dizer que, em qualquer instância, um único bit pode ser transferido através do fio .

Em 1000BASE-T, existem quatro valores de tensão que podem existir no fio: 00 01 10 11. Ou, dito de forma diferente, cada instância de sinal sendo aplicada ao UTP no padrão 1000BASE-T transfere dois bits de cada vez.

Freqüência

O 100BASE-TX solicita uma frequência de 100 MHz , o que significa que cada sinal pode ser aplicado e lido pelo outro lado 100 milhões de vezes por segundo. Isso acaba sendo a velocidade na qual cada par de fios pode transmitir um 1ou um 0. É isso que faz do 100BASE-TX sua velocidade de 100 Mbps, porque cada 'instância' de sinal sendo aplicada equivale a um único bit sendo transmitido. E como existem dois pares em uso (um em cada direção), isso equivale a 100 Mbps em uma direção e 100 Mbps na outra, ou um total de 100 Mbps em duplex total.

O 1000BASE-T exige o uso da frequência de 125Mhz, o que significa que um sinal pode ser lido nos (pares de) fios 125 milhões de vezes por segundo. Como cada instância de um sinal sendo aplicado no 1000BASE-T envia dois bits através do fio, isso significa que cada par pode transferir 250 milhões de bits através do fio por segundo, ou 250 Mbps. Como existem quatro pares em uso, isso garante um total de velocidade de 1000Mbps ou 1gbps.

Sumário

Esses são alguns dos métodos pelos quais uma única especificação de cabeamento físico (UTP) é capaz de transmitir dados em velocidades tão vastas e diferentes (10Mbps, 100Mbps, 1000Mbps - ou 10/100/1000). Pense nos termos da evolução da tecnologia - os engenheiros descobriram novas maneiras de transmitir dados pelo mesmo fio. Como tal, o fio único pode fazer várias velocidades ao mesmo tempo. Um único fio UTP pode fazer 10, 100 ou 1000 milhões de bits por segundo, portanto, os fios e as interfaces são rotulados como 10/100/1000.

^{Receio não saber as especificidades de como o 10BASE-T transferiu os bits pela conexão, portanto não posso descrever como isso funciona como os outros dois padrões.}

Isso realmente se resume à necessidade de oferecer suporte a dispositivos e cabos herdados. A Cisco tem um documento muito bom, Ethernet Technologies , que explica muito em profundidade.

A Ethernet existe há muito tempo. Foi comercializado em 1981 a 10 Mbps. No começo, era bem caro.

Lembro-me de placas ethernet custando US $ 750 em uma época em que era muito dinheiro. Foram necessários muitos anos e muitos argumentos para atingir 100 Mbps e um pouco de tempo para o atual padrão 100BASE-TX emergir como o vencedor. Na época, era muito caro comparado ao 10BASE-T, por isso foi relegado a data centers e necessidades de alta velocidade por um longo tempo. As portas foram construídas com compatibilidade retroativa com o 10BASE-T, porque essa era a mais prevalente por aí, e você pode precisar se conectar a um switch, roteador etc.

O preço de 100 Mbps finalmente caiu quando o 1000Base-T foi lançado. Novamente, era bastante caro comparado ao 100Base-TX, e permaneceu nos data centers e grandes servidores por um longo tempo antes que o preço caísse. E precisava ser compatível com as velocidades mais lentas mais prevalentes.

O 10GBASE-T agora está na posição premium, usado principalmente em data centers e servidores. Ele também se tornará mainstream, incorporado à maioria dos novos equipamentos, mas precisará manter a compatibilidade com versões anteriores por muitos anos.

Atualmente, a Ethernet de 40 e 100 Gbps possui um nicho no mercado, e as forças do mercado determinarão qual e qual padrão de cada um se tornará o mais prevalente. À medida que se tornam mais comuns, os preços do 10GBASE-T caem.

O P&D já foi feito para velocidades mais lentas, e a Ethernet agora é basicamente baseada em um chip, por isso não custa mais nada oferecer velocidades mais lentas, pois ainda existem dispositivos legados em torno dos quais precisam de velocidades mais lentas.

O documento da Cisco no link acima foi escrito há muito tempo, mas os princípios ainda são válidos e a primeira pergunta é basicamente a mesma coisa que você está perguntando.

Perguntas de revisão

P - Todas as redes 10Base-T não devem ser atualizadas para 100 Mbps? Por que ou por que não?

A - Não necessariamente - se a rede 10Base-T atual for baseada em repetidores, a substituição dos repetidores por switches 10/100 não saturadores resultaria em um aumento n vezes automático na largura de banda média disponível para cada estação final.

P - Quais versões do 100Base são recomendadas? Por quê?

A - 100Base-TX é recomendado se a fiação horizontal for de Categoria 5 ou melhor UTP. Se o cabeamento horizontal for da Categoria 3, o 100BaseT4 poderá ser usado, mas pode ser difícil de adquirir (alguns relatórios indicam que, porque o 100Base-TX estava disponível mais de um ano antes do T4, ele capturou 95% do mercado). 100Base-T2 não está disponível.

P - Quais versões do 1000Base são recomendadas? Onde eles seriam usados?

A - 1000Base-T, é recomendado se o cabeamento horizontal for UTP de categoria 5 ou melhor. O 1000Base-SX pode ser usado se o cabeamento horizontal for de fibra óptica multimodo, bem como para alguns backbones multimodo. O 1000Base-LX pode ser usado para fibra óptica de modo único ou multimodo (consulte a Tabela 7-5). O 1000Base-CX pode ser usado para jumpers de curta distância na sala de equipamentos de até 25 metros.

P - Quais tipos de cabos devem ser usados ​​para novas redes? Para atualizar redes existentes? Por quê?

A - Links UTP novos ou de substituição podem ser da Categoria 5E ou melhor para permitir o crescimento da taxa de dados para 1000 Mbps. A fibra multimodo pode ser usada como indicado na Tabela 7-5 para 1000Base-SX, ou conforme observado no parágrafo a seguir na Tabela 7-5 para 1000Base-LX. (Essas fibras também fornecerão suporte futuro para distâncias mais curtas [entre 100 e 300 metros, dependendo do comprimento de onda] a 10.000 Mbps.) Para ser realmente à prova de futuro e garantir que você será capaz de operar backbones de distâncias maiores, escolha fibra monomodo.

P - Como você sabe quando uma rede precisa ser atualizada? Por onde você começa?

A - Existem várias maneiras:

• Seus usuários lhe dirão (mas geralmente somente depois de terem ultrapassado o limite de frustração).
• Seu sistema de gerenciamento de rede deve ser capaz de indicar as características de carga de cada porta DCE.
• Sua organização está pensando em adicionar novos aplicativos (como multimídia) que exigirão mais largura de banda de comunicação.
• Sua organização está crescendo e não há portas DCE suficientes nos locais certos para acomodar os usuários adicionais.

Depois de determinar a necessidade, considere as opções. Lembre-se de que os elementos de rede com vida útil mais longa (a mídia de link, seguida pelos servidores e comutadores de rede) também podem ser os mais caros para substituir. Escolha de olho no crescimento futuro e considere reutilizar esses elementos sempre que possível.

Os hubs Ethernet puros costumavam executar apenas uma velocidade - você não seria capaz de conectar um dispositivo de 10 mbit (ou outro hub, comutador, roteador nessa velocidade) a um hub de 100 bits. Isso foi extremamente inconveniente, então os hubs de velocidade dupla (basicamente um switch de duas portas) foram construídos. Essas foram as inovações para a Ethernet de 100 bits nos mercados domésticos / SOHO. O mesmo vale para os switches com portas de velocidade dupla mais tarde. O termo de marketing para diferenciar do material antigo de velocidade única era '10 / 100 'e era tão comercializado que você nem imagina.

As portas são rotuladas como "10/100/1000" para mostrar sua compatibilidade - uma porta como essa será vinculada a outra porta na velocidade mútua mais alta. Essa é uma boa maneira de atualizar sua rede à medida que avança. Muitos começaram com 100 Mbit / s, ou mesmo 10 Mbit / s, e substituindo dispositivos ao longo do tempo, eles começam a se conectar a velocidades mais altas.

No entanto, os padrões PHY são apenas de velocidade única: 10BASE-T, 100BASE-TX, 1000BASE-T, 10GBASE-SR, ... Não há compatibilidade obrigatória para uma porta 100BASE-TX também suportar 10BASE-T, mas é opcional e extremamente comum. Portanto, uma porta com várias velocidades é compatível com vários PHYs diferentes.

A compatibilidade descendente perfeita geralmente termina com portas 10G, que geralmente também suportam apenas 1G e nenhuma velocidade mais lenta.