吉比特乙太網

吉比特乙太網（GbE, Gigabit Ethernet，或1 GigE），或譯十億位元乙太網路、千兆乙太網，是一個描述各種以吉比特每秒速率進行乙太網幀傳輸技術的術語，由IEEE 802.3-2005標準定義。該標準允許通過集線器連接的半雙工十億位元乙太網路連接，但是在市場上利用交換機的全雙工連接所達到的速度才真正符合標準。

## 歷史

施樂公司（Xerox）在1970年代完成對乙太網的研究，今天，乙太網已經演變成應用最廣泛的物理層及數據鏈路層OSI模型協議。快速乙太網（Fast Ethernet）使網速從10 Mbit/s提高到100 Mbit/s，而吉比特乙太網是它的下一代技術，將網速提高到1000 Mbit/s。吉比特乙太網是目前區域網路的標準，取代了舊有且速度較慢的快速乙太網（Fast Ethernet）。吉比特乙太網的最初標準是由IEEE於1998年6月制訂的 IEEE 802.3z，802.3z 通常被稱為 1000BASE-X，-X 表示 -CX、-SX 以及 -LX 或（非標準的）-ZX。

- IEEE 802.3ab 標準於1999年通過，該標準將吉比特乙太網定義為利用非屏蔽雙絞線（Unshielded Twist Pair）5類雙絞線（Category 5）或6類雙絞線（Category 6）進行的數據傳輸，並被稱作1000BASE-T。在 802.3ab 標準中，吉比特乙太網成為一種可以利用現有的同軸電纜基礎設施實行的應用技術。
- IEEE 802.3ah 標準於2004年通過，增加了兩個吉比特乙太網光纖標準 1000BASE-LX10（已經被廠商廣泛實現）和 1000BASE-BX10，這是最後一公里計劃的一部分。

起初，吉比特乙太網僅被部署在高容量骨幹網網路連結（例如高容量的校園網）中。2000年，蘋果公司的 Power Mac G4 和 PowerBook G4 是第一個大規模生產的採用 1000BASE-T 連接的個人電腦，之後很快成為許多其他電腦的標準配置。

隨著IEEE在2002年批准了一個基於光纖的標準及2006年批准了一個雙絞線的標準，更快的10吉比特乙太網（10 Gigabit Ethernet）標準也出現了。

## 標準

吉比特乙太網共有5種不同的物理層標準，包括光纖（1000BASE-X）、雙絞線（1000BASE-T）和雙軸電纜（1000BASE-CX、Twinax Cable）。

- IEEE 802.3z 標準包括 1000BASE-SX 使用多模光纖傳輸數據，1000BASE-LX 使用單模光纖傳輸數據，以及已經過時的 1000BASE-CX 使用雙軸屏蔽銅纜傳輸數據。這些標準使用 8b/10b 編碼，也就是具有 1250Mbit/s 的原始線路速率，和 1000Mbit/s 的實際線路速率，確保直流平衡的信號，然後使用不歸零編碼（NRZ）發送信號。
- IEEE 802.3ab 標準定義廣泛使用的 1000BASE-T 接口類型，允許使用雙絞線進行傳輸，使用不同的編碼方案以確保誤碼率儘可能地低。
- IEEE 802.3ap 標準定義了乙太網以不同的速率在電氣背板的傳輸。
- 1000BASE-LX10 和 -BX10 為乙太網最後一公里計劃的一部分。

名稱｜介質｜最大可傳輸距離

1000BASE-CX｜雙軸屏蔽銅纜｜25米

1000BASE-KX｜背板銅纜｜1米

1000BASE-SX｜多模光纖｜220米 - 550米（由光纖的直徑和帶寬決定）

1000BASE-LX｜多模光纖單模光纖｜550米5千米

1000BASE-LX10｜單模光纖（使用波長為1310nm的雷射）｜10千米

1000BASE-EX｜單模光纖（使用波長為1310nm的雷射）｜超過40千米

1000BASE-ZX｜單模光纖（使用波長為1550nm的雷射）｜超過70千米

1000BASE-BX10｜單路單模光纖（下行使用波長為1490nm的雷射，上行使用波長為1310nm的雷射）｜10千米

1000BASE-T｜雙絞線（CAT-5/CAT-5e/CAT-6/CAT-7）｜100米

1000BASE-TX｜雙絞線（CAT-6/CAT-7）｜100米

## 1000BASE-X/光纖

1000BASE-X 指通過光纖進行傳輸的吉比特乙太網，包括 1000BASE-SX、-LX、-BX10，以及非標準的 -LH 和 -ZX。

### 1000BASE-SX

1000BASE-SX 使用多模光纖，利用850nm的紅外光（NIR）傳輸數據。62.5/125µm材質光纖標準的最大傳輸距離在220米之間，而50/125µm材質的光纖則可延伸至500米以上。通常普遍使用於大樓內部鏈接口的典型的光學力量參量：最大值為 -9.5dBm，接收器敏感度則在 -17dBm 左右。

### 1000BASE-LX

1000BASE-LX 是一個被定義在 IEEE 802.3 Clause 38 使用長波雷射器（1270nm - 1355nm）作為傳輸介質的光纖千兆乙太網標準，最大可允許的RMS噪聲為4nm。1000BASE-LX 在使用10µm內芯的單模光纖時最大可傳輸範圍達5千米，當年其也可以運行在所有類型的多模光纖中，此時最大傳輸距離為550米。對於鏈路距離大於300米時，可能需要使用特殊的調節發射插線，這可以使雷射器以精確的距離發射雷射，使用整個纖維芯的直徑來傳播雷射，減少被稱為差分延遲的現象，但雷射將被耦合到只有少數多模光纖可用。

### 1000BASE-LX10

1000BASE-LX10 是標準化6年來第一個千兆乙太網光纖版本，最後一公里任務組中的乙太網的部分。它和 1000BASE-LX 非常相似，但由於較高的光學傳播質量，其實現了更長的傳輸距離，最多不超過1對單模光纖10千米。而在標準化之前，1000BASE-LX10 已被廣泛使用。

### 1000BASE-EX

1000BASE-EX 是一個非標準但被業界公認的術語，用來指代千兆乙太網傳輸。它與 1000BASE-LX10 非常相似但實現更長的距離，由於較高的光學傳播質量（使用1310nm波長雷射器），其最大可傳輸距離最多可以不超過1對單模光纖40千米，所以它有時也被稱為長跨距LH。

### 1000BASE-BX10

1000BASE-BX10 使用單股單模光纖時最大可傳輸據距離可達10千米，其在不同的傳輸方向上使用不同波長的雷射。下行（從網路的中心到外側）使用1490nm波長的雷射，而與之相反的上行則使用1310nm波長的雷射。

### 1000BASE-ZX

1000BASE-ZX 是一個 Cisco 指定的千兆乙太網通信標準。1000BASE-ZX 運行在平常的連結跨度達43.5英里（70千米）的單模光纖上。使用 Premium 單模光纖或者色散位移單模光纖連結的跨度可達62.1英里（100千米）。1000BASE-ZX 使用長波雷射，1000BASE-ZX GBIC 為物理層規範。它的運行信令速率為 1250 Mbit/s，傳輸和接收使用 8b/10b 編碼。

### 光纖

工業上使用1000BASE-X來指通過光纖的千兆位元以太網傳輸，其中包括1000BASE-SX，1000BASE-LX，1000BASE-LX10、1000BASE-BX10或非標準的-EX和-ZX實現。包括使用8b / 10b線路代碼的銅變體。下列表格列出常用光纖標示

名稱｜規格｜狀態｜媒介｜連接器類型｜收發模組｜傳輸距離(公里)｜媒介數量｜管道 （⇅）｜註記

千兆位元以太網（GbE） - （數據速率：1000Mbit/秒-線路碼：8B / 10B × NRZ -線路速率：1.25 GBd的-全雙工（或半雙工））

1000BASE ‑SX｜802.3z-1998 （CL38）｜服役中｜光纖 770 – 860 nm｜Straight Tip 使用者端接頭 Local接頭 Mechanical Transfer Registered Jack｜SFP GBIC 直接連接｜OM1：0.275｜2｜1個

OM2：0.55 OM3：1

1000BASE‑ LSX｜專有（非IEEE）｜服役中｜光纖 1310 nm｜Local接頭｜SFP｜OM1：2｜2｜1個｜特定供應商 FP雷射收發器

OM2：1 OM4：2

1000BASE ‑LX｜802.3z-1998 （CL38）｜服役中｜光纖 1270 – 1355 nm｜使用者端接頭 Local接頭｜SFP GBIC 直接連接｜OM1：0.55｜2｜1個

OM2：0.55 OM3：0.55 OSx：5

1000BASE ‑LX10｜802.3ah-2004 （CL59）｜服役中｜光纖 1260 – 1360 nm｜Local接頭｜SFP｜OM1：0.55｜2｜1個｜與-LX相同，但功率/靈敏度增加；通常在802.3ah之前簡稱為-LX或-LH

OM2：0.55 OM3：0.55 OSx：10

1000BASE -BX10｜服役中｜光纖 TX：1260 – 1360 nm RX：1480 – 1500 nm｜OSx：10｜1｜通常簡稱為-BX

1000BASE ‑EX｜專有（非IEEE）｜服役中｜光纖 1310 nm｜使用者端接頭 Local接頭｜SFPGBIC｜OSx：40｜2｜1個｜特定供應商

1000BASE ‑ZX / ‑EZX｜專有（非IEEE）｜服役中｜光纖 1550 nm｜使用者端接頭 Local接頭｜SFPGBIC｜OSx：70｜2｜1個｜特定供應商

1000BASE ‑RHx｜802.3bv-2017 （CL115）｜服役中｜光纖 650 nm｜FOT光電轉換器 （PMD / MDI）｜不適用｜POF：≤0.05｜1｜1個｜汽車，工業，家庭; 線路代碼：64b65b ×PAM16 線路速率：325 MBd變體：-RHA（50 m），-RHB（40 m），-RHC（15 m）。

1000BASE -PX｜802.3ah-2004 802.3bk-2013 （CL60）｜服役中｜光纖 TX：1270 nm RX：1577 nm｜使用者端接頭｜SFPXFP｜OSx： 10 – 40｜1｜1個｜EPON ; FTTH ;使用點對多點拓撲

1000BASE ‑CWDM｜ITU-T G.694.2｜服役中｜光纖 1270-1610 nm｜Local接頭｜SFP｜OSx： 40 – 100｜2｜1個｜CWDM使得在2根光纖上具有多個並行通道能運行；光譜頻寬11 nm;具有18個並行通道

1000BASE ‑DWDM｜ITU-T G.694.1｜服役中｜光纖 1528-1565 nm｜Local接頭｜SFP｜OSx： 40 – 120｜2｜1個｜DWDM使得在2根光纖上具有多個並行通道能運行；光譜頻寬0.2 nm;具有45至160個並行通道

## 銅纜

### 1000BASE-CX

1000BASE-CX 使用接口為 DE-9 或 8P8C（與 1000BASE-T 引腳不同）的雙軸屏蔽電纜傳輸數據，由於具有極高的傳輸速率和信號頻率，所以傳輸的距離不長。

### 1000BASE-KX

1000BASE-KX 是IEEE P802.3ap Backplane Ethernet標準的一部分，用於刀鋒伺服器、交換器或路由器內部背板連接的10GbE規格，又被稱為背板乙太網路。其中-KR是4條通道平行傳輸規格，-KX4則是單通道串列傳輸規格，兩者均可允許透過1公尺長度以內的銅佈線印刷電路，來實現10GbE連接。該標準定義了背板乙太網（Backplane Ethernet）的物理連接，一個Rx和每通道一個Tx差分對的1至4個通道，鏈路帶寬從 100Mbit/s 到 10Gbit/s（從 100BASE-KX 到 10GBASE-KX4），變種的 1000BASE-KX 具有 1250Mbit/s 的傳輸速率。

### 1000BASE-T

1000BASE-T 也被稱為 IEEE 802.3ab 是一個用於雙絞線的千兆乙太網標準。每個1000BASE-T 網段最大傳輸距離可達100米（328英尺），傳輸線要求為CAT-5以上，CAT-5e和CAT-6是建議使用的線纜類型。1000BASE-T 需要使用全部4對差分線對（即單根雙絞線內的8根塑包銅線），其運行於 100BASE-TX 標準相同的125MHz上。

使用千兆比特速率傳輸數據前必須先通過自動協商來確定鏈路的連接速率，協商時一端為主（Master），另一端為副（Slave）。千兆設備通過雙絞線的2個線對來協商。如果2個千兆設備只使用雙絞線的2對線來連接，設備也將協商認定千兆比特速率為最大共同點（HCD），但連結將無法啟用。大多數設備都有有特定的寄存器來診斷這種情況，有些設備驅動提供了一個「Ethernet@Wirespeed」（乙太網連線速度）的選項，當出現這情況將採用較慢的連接速率。數據傳輸使用全部4對銅線，一次傳輸8位。首先，8位數據通過基於線性反饋移位寄存器的特別加擾過程被擴展成4個3位信號，類似於 100BASE-T2 的編碼方法，但使用不同的參數。3個比特符號被映射到傳輸期間不斷變化的電壓電平。一個映射的例子：

信號｜000｜001｜010｜011｜100｜101｜110｜111

電平｜0｜+1｜+2｜−1｜0｜+1｜−2｜−1

自動翻轉 MDI/MDI-X 為 1000BASE-T 標準的可選功能，這意味著直通雙絞線通常可在所有千兆接口之間工作，而無須使用交叉電纜。這同時促進了對帶有「上行（Uplink）/普通」埠或需要手動撥動開關選擇模式的老式集線器和交換機的淘汰，並大大降低了安裝錯誤的發生。

### 1000BASE-TX

1000Base-TX，它不是由IEEE制定的，而是由 TIA/EIA 於1995年發布，對應的標準號為 TIA/EIA-854。1000Base-TX 也是基於4對雙絞線，採用快速乙太網中與 100Base-TX 標準類似的傳輸機制，是以2對線發送和2對線接收。由於每對線纜本身不進行雙向的傳輸，線纜之間的串擾就大大降低，同時其編碼方式也是 8b/10b。這種技術對網路的接口要求比較低，降低了網路接口的成本。但由於降低了線纜的效率（2對線接收，2對線發送），想要達到 1000Mbit/s 的傳輸速率，要求帶寬超過100MHz，也就是說在 CAT-5 和 CAT-5e 的系統中不能支持該類型的網路，必須使用 CAT-6 或 CAT-7 雙絞線。

## 外部連結

- Get IEEE 802.3
- IEEE 802.3
- IEEE and Gigabit Ethernet Alliance Announce Formal Ratification of gigabit Ethernet Over Copper Standard - Announcement from IEEE 1999-06-28
- IEEE P802.3ab 1000BASE-T Task Force （historical information）
- IEEE 802.3 CSMA/CD (ETHERNET)
- 1000BASE-T Whitepaper from 10GEA