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Wie hoch ist die Taktfrequenz in 10-GB- und 100-GB-Ethernet-Karten?

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Wie hoch ist die Taktfrequenz in 10-GB- und 100-GB-Ethernet-Karten?

So wie ich das verstehe, kann eine 10-Gbit-Ethernet-Karte 10 Gbit pro Sekunde über ein Glasfaserkabel übertragen. Damit dies in der Hardware funktioniert, braucht man naiverweise eine 10-GHz-Taktfrequenz für die Netzwerkkarte.

Es ist möglich, diese Frequenz zu halbieren, indem man an beiden Rändern taktet, aber 5 GHz ist für Transistoren immer noch zu viel. Für 100-Gb-Ethernet erscheinen 50 GHz völlig unvernünftig.

Wie hoch ist die Taktfrequenz von Uhren, die beispielsweise eine 10-GB-Ethernet-Karte betreiben? Gibt es Tricks, um diese Frequenz von der „naiven“ 10-GHz-Frequenz abzusenken?

Antwort1

Sie haben Recht, dass so hohe Frequenzen völlig unhandlich wären. Das Senden eines Bits pro Frequenz würde auch bei verschiedenen Arten von Funkübertragungen Probleme verursachen. Deshalb gibt es Modulationstechniken, mit denen mehr als ein Bit gesendet werden kann.

Ein wenig Terminologie: Baud, die meisten Leute werden sich an diesen Begriff noch aus der Zeit der Telefonmodems erinnern, ist die Symbolrate, mit der ein Kommunikationsmedium arbeitet. Ein Symbol kann mehr als ein Bit enthalten, daher ermöglicht das Senden von Multibit-Symbolen einen höheren Durchsatz bei niedrigeren Frequenzen.

  • 10 MbE(10Base-T) verwendete eine sehr einfache invertierte Manchester-Kodierung, 10 MBaud und ein einzelnes -2,5 V/2,5 V-Differenzpaar für die Kommunikation in jede Richtung.

  • 100 MbE(100Base-TX) verwendet 4B/5B-Kodierung, 125 Mbaud und ein einzelnes -1,0/1,0-V-Differenzpaar für die Kommunikation in jede Richtung. Also 4/5b * 125 MHz = 100 Mb in jede Richtung.

  • 1 GbE(1000Base-T) verwendet PAM-5 TCM, dieselben 125 Mbaud wie 100MbE, alle vier -1,0/1,0-V-Differenzpaare für die gleichzeitige Kommunikation in beide Richtungen. Die PAM-5-Kodierung ermöglicht 5 Zustände, aber die Trellis-Modulation begrenzt jedes Ende zu einem bestimmten Zeitpunkt auf 2, sodass in jedem Symbol 2 Bits gesendet werden. Somit 125 M/s * 4 * 2b = 1 Gbps.

Randnotizen: 1GbE verwendet nur ein einziges Paar, um die erste Verbindung auszuhandeln. Wenn bei einem Kabel nur dieses Paar funktioniert, kann dies zu einer nicht reagierenden Netzwerkkarte führen, die scheinbar eine Verbindung herstellt. Außerdem können fast alle neuen Netzwerkkarten auf jedem der 4 Paare aushandeln und so Auto-MDI/MDI-X aktivieren (dies ist jedoch keine Anforderung der Spezifikation). 1000Base-T erfordert Cat5e-Kabel. 1000Base-TX vereinfachte Netzwerkkarten, erforderte jedoch Cat6-Kabel; es kam aus verschiedenen Gründen nie richtig in Gang.

  • 10 GbEverwendet PAM-16 DSQ128-Kodierung, 833 Mbaud, 4 Paare wie zuvor. Der neue PAM-16 DSQ-128 mit LDPC-Fehlerkorrektur ist so kompliziert, dass ich hier nicht versuchen werde, seine Funktionsweise zu erklären. Ich sage nur, dass er effektiv 3 Informationsbits pro Symbol sendet, sogar über Kabel, die nur für 500 MHz (oder unter Umständen weniger) ausgelegt sind. Somit 833,3 MHz * 4 * 3b = 10 Gbps.

Randnotizen: 10GbE erfordert Cat6a-Kabel für 100m Betrieb, Cat6 für 55m undMaiarbeiten mit Cat5e fürsehr kurzeKabel. Von anderen Kabeln als Cat6a sollte abgeraten werden, da sie von der Standardlänge von 100 m abweichen. Außerdem hatten ältere Netzwerkkarten nicht die nötige Verstärkung, um 10 GbE über 100 m Entfernung zu senden, und waren auf kürzere Kabel beschränkt – wenden Sie sich für Einzelheiten an den Hersteller, wenn Sie eine 10 GbE-Netzwerkkarte der ersten Generation haben.

  • 25 GbEUnd40 GbEhaben einen vorgeschlagenen Standardentwurf 802.3bq D3.3 (2016). Er wurde seit fast 6 Jahren nicht mehr aktualisiert. Er würde 25GBase-T- und 40GBase-T-Betrieb über 4-Paar-Kabel der Kategorie 8 bis zu 30 m ermöglichen. Ich habe keine Kopie des Entwurfs und kenne daher die Einzelheiten nicht.

Randnotizen: Es gibt zwei frühere 40GBase-T-Vorschläge. Der erste verwendet die gleichen Techniken wie 10GBase-T, ist aber 4x schneller und erfordert eine für ~1600 MHz zertifizierte Verkabelung. Der zweite verwendet PAM-32 DSQ-512 und erfordert eine Verkabelung mit ~1200 MHz (die höhere Komplexität würde relativ teure NICs bedeuten). Beide werden wahrscheinlich LDPC verwenden, um die Verwendung einer leicht unterbewerteten Verkabelung zu ermöglichen.

  • 100 GbEverfügt derzeit über keinen Entwurf für Kupfernormen.

Anschlüsse: 100GbE wird nicht den C8P8-Anschluss (umgangssprachlich RJ-45) verwenden, sondern wahrscheinlich eine Variante davon namens GG45 mit den 4 Paaren an den 4 Ecken des Anschlusses. Es gibt auch einen Zwischenanschluss, den ARJ45-HD mit Pins sowohl für 10MbE-10GbE (RJ-45) als auch für 40GbE-100GbE (GG45). TERA ist ein konkurrierender Anschluss mit einer Nennleistung von 1000 MHz, es ist unwahrscheinlich, dass er der neue Standard wird.

Verkabelung: Cat7 und Cat7a sind Verkabelungsstandards für 600 MHz und 1200 MHz. Sie wurden ursprünglich CatF und CatFa genannt. Cat8.1 und Cat8.2 wurden mit Nennwerten für 1600 und 2000 MHz vorgeschlagen.

Es gibt einige Diskussionen darüber, ob es einen 100GBase-T-Standard geben wird, da Cat7a, Cat8.1 und Cat8.2 mit der aktuellen Technologie nur solche Verbindungen über 10 m, 30 m bzw. 50 m ermöglichen. Cat7a und höher unterscheiden sich bereits erheblich von Cat6a und darunter und erfordern eine Abschirmung sowohl um einzelne Paare als auch um das Kabel als Ganzes. Die Tests, die darauf hindeuten, dass diese Verbindungen möglich sind, zeigen auch keine kommerziell tragfähige Implementierung. Es gibtvernünftige Spekulationdass fortschrittlichere/empfindlichere Schaltkreise irgendwann in der Zukunft 100 GbE übertragen könnten, aber das ist reine Spekulation.

  • Erwähnenswert: 10GBase-R, 40GBase-R und 100GBase-R sind eine Familie von Glasfaserspezifikationen für 10, 40 und 100 GbE, die alle standardisiert wurden. Sie sind alle in den Reichweiten Short (-SR, 400 m), Long (-LR, 10 km), Extended (-ER, 40 km), Proprietary (-ZR, 80 km) und EPON/x (-PR/x, 20 km) verfügbar. Sie alle verwenden eine gemeinsame 64b/66b-Kodierung, 10,3125 GBaud, und verwenden einfach mehr „Lanes“ für zusätzliche Kapazität (1, 4 bzw. 10) – Lanes sind unterschiedliche Lichtwellenlängen auf demselben Glasfaserkabel. Eine proprietäre 200GBase-Implementierung arbeitet sich auf den Weg zur Standardisierung, allerdings mit modulierten DWDM-Frequenzen und Reichweiten bis zu 2 Mm.

Antwort2

Chris Shat schon die richtige Antwort gegeben:Baud, nicht bps.

Aber abgesehen davon ist 5 GHz „nicht zu hoch, als dass Transistoren das unterstützen könnten“. Es sind Terahertz-Transistoren im Handel erhältlich.

Natürlich wäre es unglaublich schwierig, ein GHz-Signal auf einer Übertragungsleitung über eine Distanz von mehr als ein paar Millimetern vor Rauschen abzuschirmen. Optische Signale hingegen ...

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