какое напряжение в ethernet кабеле
Физика Ethernet для самых маленьких
Если не знаешь ответов на эти вопросы, а читать стандарты и серьезную литературу по теме лень — прошу под кат.
Кто-то считает, что это очевидные вещи, другие скажут, что скучная и ненужная теория. Тем не менее на собеседованиях периодически можно услышать подобные вопросы. Мое мнение: о том, о чем ниже пойдет речь, нужно знать всем, кому приходится брать в руки «обжимку» 8P8C (этот разъем обычно ошибочно называют RJ-45). На академическую глубину не претендую, воздержусь от формул и таблиц, так же за бортом оставим линейное кодирование. Речь пойдет в основном о медных проводах, не об оптике, т.к. они шире распространены в быту.
Технология Ethernet описывает сразу два нижних уровня модели OSI. Физический и канальный. Дальше будем говорить только о физическом, т.е. о том, как передаются биты между двумя соседними устройствами.
Технология Ethernet — часть богатого наследия исследовательского центра Xerox PARC. Ранние версии Ethernet использовали в качестве среды передачи коаксиальный кабель, но со временем он был полностью вытеснен оптоволокном и витой парой. Однако важно понимать, что применение коаксиального кабеля во многом определило принципы работы Ethernet. Дело в том, что коаксиальный кабель — разделяемая среда передачи. Важная особенность разделяемой среды: ее могут использовать одновременно несколько интерфейсов, но передавать в каждый момент времени должен только один. С помощью коаксиального кабеля можно соединит не только 2 компьютера между собой, но и более двух, без применения активного оборудования. Такая топология называется шина. Однако если хотябы два узла на одной шине начнут одновременно передавать информацию, то их сигналы наложатся друг на друга и приемники других узлов ничего не разберут. Такая ситуация называется коллизией, а часть сети, узлы в которой конкурируют за общую среду передачи — доменом коллизий. Для того чтоб распознать коллизию, передающий узел постоянно наблюдает за сигналов в среде и если собственный передаваемый сигнал отличается от наблюдаемого — фиксируется коллизия. В этом случае все узлы перестают передавать и возобновляют передачу через случайный промежуток времени.
Диаметр коллизионного домена и минимальный размер кадра
Теперь давайте представим, что будет, если в сети, изображенной на рисунке, узлы A и С одновременно начнут передачу, но успеют ее закончить раньше, чем примут сигнал друг друга. Это возможно, при достаточно коротком передаваемом сообщении и достаточно длинном кабеле, ведь как нам известно из школьной программы, скорость распространения любых сигналов в лучшем случае составляет C=3*10 8 м/с. Т.к. каждый из передающих узлов примет встречный сигнал только после того, как уже закончит передавать свое сообщение — факт того, что произошла коллизия не будет установлен ни одним из них, а значит повторной передачи кадров не будет. Зато узел B на входе получит сумму сигналов и не сможет корректно принять ни один из них. Для того, чтоб такой ситуации не произошло необходимо ограничить размер домена коллизий и минимальный размер кадра. Не трудно догадаться, что эти величины прямо пропорциональны друг другу. В случае же если объем передаваемой информации не дотягивает до минимального кадра, то его увеличивают за счет специального поля pad, название которого можно перевести как заполнитель.
Таким образом чем больше потенциальный размер сегмента сети, тем больше накладных расходов уходит на передачу порций данных маленького размера. Разработчикам технологии Ethernet пришлось искать золотую середину между двумя этими параметрами, и минимальным размером кадра была установлена величина 64 байта.
Витая пара и дуплексный режим рабты
Витая пара в качестве среды передачи отличается от коаксиального кабеля тем, что может соединять только два узла и использует разделенные среды для передачи информации в разных направлениях. Одна пара используется для передачи (1,2 контакты, как правило оранжевый и бело-оранжевый провода) и одна пара для приема (3,6 контакты, как правило зеленый и бело-зеленый провода). На активном сетевом оборудовании наоборот. Не трудно заметить, что пропущена центральная пара контактов: 4, 5. Эту пару специально оставили свободной, если в ту же розетку вставить RJ11, то он займет как раз свободные контакты. Таким образом можно использовать один кабели и одну розетку, для LAN и, например, телефона. Пары в кабеле выбраны таким образом, чтоб свести к минимуму взаимное влияние сигналов друг на друга и улучшить качество связи. Провода одной пару свиты между собой для того, чтоб влияние внешних помех на оба провода в паре было примерно одинаковым.
Для соединения двух однотипных устройств, к примеру двух компьютеров, используется так называемый кроссовер-кабель(crossover), в котором одна пара соединяет контакты 1,2 одной стороны и 3,6 другой, а вторая наоборот: 3,6 контакты одной стороны и 1,2 другой. Это нужно для того, чтоб соединить приемник с передатчиком, если использовать прямой кабель, то получится приемник-приемник, передатчик-передатчик. Хотя сейчас это имеет значение только если работать с каким-то архаичным оборудованием, т.к. почти всё современное оборудование поддерживает Auto-MDIX — технология позволяющая интерфейсу автоматически определять на какой паре прием, а на какой передача.
Возникает вопрос: откуда берется ограничение на длину сегмента у Ethernet по витой паре, если нет разделяемой среды? Всё дело в том, первые сети построенные на витой паре использовали концентраторы. Концентратор (иначе говоря многовходовый повторитель) — устройство имеющее несколько портов Ethernet и транслирующее полученный пакет во все порты кроме того, с которого этот пакет пришел. Таким образом если концентратор начинал принимать сигналы сразу с двух портов, то он не знал, что транслировать в остальные порты, это была коллизия. То же касалось и первых Ethernet-сетей использующих оптику (10Base-FL).
Зачем же тогда использовать 4х-парный кабель, если из 4х пар используются только две? Резонный вопрос, и вот несколько причин для того, чтобы делать это:
Не смотря на это на практике часто используют 2х-парный кабель, подключают сразу 2 компьютера по одному 4х-парному, либо используют свободные пары для подключения телефона.
Gigabit Ethernet
В отличии от своих предшественников Gigabit Ethernet всегда использует для передачи одновременно все 4 пары. Причем сразу в двух направлениях. Кроме того информация кодируется не двумя уровнями как обычно (0 и 1), а четырьмя (00,01,10,11). Т.е. уровень напряжения в каждый конкретный момент кодирует не один, а сразу два бита. Это сделано для того, чтоб снизить частоту модуляции с 250 МГц до 125 МГц. Кроме того добавлен пятый уровень, для создания избыточности кода. Он делает возможной коррекцию ошибок на приеме. Такой вид кодирования называется пятиуровневым импульсно-амплитудным кодированием (PAM-5). Кроме того, для того, чтоб использовать все пары одновременно для приема и передачи сетевой адаптер вычитает из общего сигнала собственный переданный сигнал, чтоб получить сигнал переданный другой стороной. Таким образом реализуется полнодуплексный режим по одному каналу.
Дальше — больше
10 Gigabit Ethernet уже во всю используется провайдерами, но в SOHO сегменте не применяется, т.к. судя по всему там вполне хватает Gigabit Ethernet. 10GBE качестве среды распространения использует одно- и многомодовое волокно, с или без уплотнением по длине волны, медные кабели с разъемом InfiniBand а так же витую пару в стандарте 10GBASE-T или IEEE 802.3an-2006.
40-гигабитный Ethernet (или 40GbE) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE). Разработка этих стандартов была закончена в июле 2010 года. В настоящий момент ведущие производители сетевого оборудования, такие как Cisco, Juniper Networks и Huawei уже заняты разработкой и выпуском первых маршрутизаторов поддерживающих эти технологии.
В заключении стоит упомянуть о перспективной технологии Terabit Ethernet. Боб Меткалф, создатель предположил, что технология будет разработана к 2015 году, и так же сказал:
Чтобы реализовать Ethernet 1 ТБит/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию с частотой 15 ГГц. Для будущей сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые лазеры, в общем, все новое
UPD: Спасибо хабраюзеру Nickel3000, что подсказал, про то что разъем, который я всю жизнь называл RJ45 на самом деле 8P8C.
UPD2:: Спасибо пользователю Wott, что объяснил, почему используются контакты 1,2,3 и 6.
Напряжение в витой паре
Здравствуйте. Подскажите, пожалуйста, есть ли напряжение в витой паре, которая подключена к свичу, но при этом по ней не происходит передача информации?
Померь вольтметром. Он тебе покажет что есть.
Очевидно, есть. По его отсутствию засекается нарушение коннекта.
> Напряжение в витой паре
Может я ошибаюсь, но мне кажется, что для витой пары надо говорить не о напряжении, а о токе.
А раньше происходила? Или это новое?
Сдается мне, что ты путаешь электрическую цепь и передачу битов.
Постоянного напряжение нет, при наличии коннекта переодически (10 мс) передаются импульсы проверки целостности линии.
Есть возможность передачи напряжения через витую пару параллельно с сетью, технология называется PoE (Power over Ethernet)/
Таким образом обычно цепляют всеразличные неттопы и ip-телефоны. Но, разумеется, технология должна поддерживаться с обеих сторон. Ну вот, например, такой вот свич:
Если тебе просто проверить целостность кабеля и наличие сигналов, попробуй подкинуть обычный светодиод. На одной из пар светодиод будет гореть. Затем на противоположном конце кабеля подкидываеш светодиод на другую пару и проверяеш свечение светодиода. Примерно так.
Может мы зря
Может вопрос решён? Правда и вопроса-то толком нет, а мы тут стараемся.
> Постоянного напряжение нет, при наличии коннекта переодически (10 мс) передаются импульсы проверки целостности линии.
Не позорься, это только на 10мбитах так было.
на сколько я знаю (знал?), там просто постоянно шурует переменное (ступенчатое, наверно не знакопеременное а просто с переменным значением) напряжение. А биты уже кодируются изменениями этого базового сигнала. А нужно это потому, что есть зависимость сопротивления от частоты (всякие там паразитные емкости, понимаешь ли), и желательно держать частоту в нешироком пределе.
Воткни осциллограф, да посмотри.
Что же это?!
>Может я ошибаюсь, но мне кажется, что для витой пары надо говорить не о напряжении, а о токе.
Зачем вы так, а? Я тут полтора часа маме объяснял как поставить jimm на её телефон, захожу на ЛОР отдохнуть душой от запаха перекиси. А тут ТАКОЕ. Боже, как страшно жить.
Предположительно есть поврежденная витая пара. Она вставлена в свич, к которому доступа нет. Вольтметром ее измеряли, и он ничего не показал. Отсюда и возник вопрос, должно ли быть напряжение в витой паре, если по ней не происходит передача информации?
Наука о контактах
Не знаю ни условий, ни Ваших возможностей, но знаю точно, что нужно быть смелее и тогда всё у Вас получится! Смелее!
Re: Наука о контактах
что смелее? языком ее пробовать? Был вопрос и мне тоже интересно какая напруга в витой паре.
Если Вам интересна напруга в витой паре, её можно взять и померить вольтметром прямо или косвенно, луше осцилографом. Если вам интересно волновое сопротивление, то оно 120 ом. Причём витые пары бывают разные. Проще погуглить.
Я про то и говорю, что бояться не надо, смелее. Взял и посмотрел. Скромности ради, я и языком мог бы многое определить. И это не шутка. С уважением.
Эм, лично у меня нет возможности провести этот эксперимент. Те данные, что есть у меня, здесь уже описаны. К тому же вопрос и не стоит в определении рабочая или не рабочая витая пара. Допустим она рабочая. Должно ли быть в ней напряжение, если она подсоединена только к свичу? Или это зависит от каких-то внешних показателей той среды, в которой она находится, вроде, условий прокладки, наличия других излучателей и т.п.? Т.е. меня интересует, что если эти условия «идеальны», будет ли в витой паре напряжение?
От того, что «link test pulse» бывший на 10BaseT заменили на «fast link pulses» на основании которых делают «Auto-negotiation» сути не изменило. Если выдернуть коннектор, то свитч на удалённой стороне будет слать FLP, а постоянного напряжения не будет.
Учите матчасть. Там трансформаторные сборки стоят, между микросхемой и линией, они делают из униполярного дифференциальный сигнал и наоборот. А в линии нет никаких ступенчатых сигналов, всякие паразитные и не паразитные емкости да индуктивности срезают высокие частоты (man преобразование Фурье) и приближают прямоугольное напряжение к синусоидальному.
Ещё я видет осциллограмму, снятую после прохождения сигналом кабеля, там уже совсем синусойда, но сейчас не могу найти линк на неё.
Не десятки-сотни, а скорее всего несколько ом. Но сам по себе совет правильный.
Господа, вам всем однозначно необходимо учить мат.часть по Ethernet технологии и уже потом говорить. Ересь несёте.
Какое напряжение используется в линиях Ethernet (кабели UTP)?
Я спрашиваю об этом, потому что после некоторого исследования я нашел некоторую противоречивую информацию.
Во-первых, на странице Википедии на физическом уровне Ethernet я обнаружил, что напряжение на линиях составляет 2,5 В. https://en.wikipedia.org/wiki/Ethernet_physical_layer
Но в более тренировках и курсах, которые я принимаю в Uni, профессора сказали, что это 9 В или 12 В.
Существуют ли еще стандарты для физических соединений и напряжений на линиях Ethernet?
1 ответ
Существует много разных напряжений и варьируется в зависимости от частоты
7.4.1.3 Выходное напряжение переменного тока переменного тока
Величина переменного компонента выходного напряжения синфазного сигнала драйвера, измеренная между серединой тестовой нагрузки, состоящей из пары согласованных 39> Ω ± 1% и схема VC, как показано на рисунке 7-13, не должны превышать 2,5 В пика от 30 Гц до 40 кГц и 160 мВ от 40 кГц до БР.
7.4.1.4 Дифференциальное выходное напряжение, разомкнутая цепь
Дифференциальное выходное напряжение в разомкнутой цепи, измеренное на интерфейсном разъеме приводного устройства, не должно превышать 13 V пик.
7.4.1.5 Выходное напряжение постоянного тока постоянного тока
Величина составляющей постоянного тока выходного напряжения синфазного сигнала водителя, измеренная между серединой тестовой нагрузки, состоящей из пары согласованных 39 Ω ± 1% резисторы и контур VC, как показано на рисунке 7-13, не должны превышает 5,5 В.
Новые стандарты могут иметь разные ограничения, но поскольку они обычно ретро-совместимы, они не должны сильно меняться. Я выкопал несколько из них, но не нашел спецификаций, которые противоречат приведенным выше.
Параметры 802.3bq-2016: физический уровень и управление для операций 25 Гбит /с и 40 Гбит /с, типы 25GBASE-T и 40GBASE-T имеют таблицу:
, в котором вы можете найти дифференциальное напряжение достаточно близко к 2.5V. (Vpp обозначает разность пиков от напряжения до пика, т. Е. Разность между самым низким и самым высоким напряжением за период.)
При использовании Power Over Ethernet (POE) есть еще одно напряжение: от 37 до 57 В.
Ток по кабелю Ethernet
Power-over-LAN обеспечивает независимое питание сетевых устройств.
IP-телефоны, точки доступа беспроводных локальных сетей (Wireless Local Area Network, WLAN) и прочие сетевые компоненты до сих пор оснащаются отдельными блоками питания. При инсталляции оборудования в местах, где розетки не установлены, приходится проводить дорогостоящие работы по прокладке электропроводки, а обеспечить питанием каждый отдельно взятый компонент в аварийных ситуациях можно только путем сравнительно высоких затрат. Технология передачи электроэнергии по локальной сети (Power-over-LAN) призвана содействовать преодолению подобных трудностей и позволяет осуществлять интегрированную передачу данных, речи и электрического тока через сеть. Концепция, стоящая за этим, достаточно проста: соединенные в сеть компоненты, например точки доступа беспроводных локальных сетей (Wireless Local Area Network, WLAN), камеры Web или коммутаторы, получают ток по стандартному кабелю Ethernet. Преимуществами такого подхода являются повышенная надежность подключенных компонентов, а также снижение затрат на эксплуатацию инфраструктуры. Наряду с применением на предприятии, возможности технологии можно использовать для обеспечения доступа в Internet в самолетах, поездах или в общественных местах («горячие точки») — в аэропортах, театрах или конференц-залах. Тем самым Power-over-LAN могла бы стать универсальным стандартом электропитания для мобильных пользователей.
СТАНДАРТ IEEE802.3AF
В 1999 г. в Институте инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) была создана группа разработчиков, перед которой стояла задача стандартизации применения технологии электропитания по сетям Ethernet. Сегодня Power-over-Ethernet является самой распространенной спецификацией для передачи данных в сетях. Рабочая группа под названием 802.3af (питание DTE через MDI) была подчинена специальной группе IEEE 802.3, отвечавшей в свое время за утверждение спецификации Ethernet. Проект документа IEEE 802.3 содержит подробную информацию о разработке электропитающих компонентов Ethernet. Окончательная ратификация, правда, пока отсутствует.
Siemens, 3Com, Nortel, Avaya, Cisco, Alcatel и Mitel активно применяют Power-over-LAN и уже начали выпуск IP-телефонов с поддержкой этой технологии. Некоторые из устройств, где до сих пор используются нестандартные технологии, вскоре должны быть приведены в полное соответствие со стандартом 802.3af. Конфликты между компонентами на базе устаревших стандартов и 802.3аf-совместимыми IP-телефонами можно, таким образом, исключить. Информацию о совместимости устройств в случае смешанной эксплуатации можно получить у производителя.
В инфраструктуре локальной сети каждая из подключенных к сети систем снабжается электропитанием отдельно от остальных. Чем больше компонентов подключено к сети, тем выше будет стоимость дополнительной проводки. Более того, сетевые компоненты иной раз приходится размещать в местах, где поблизости нет ни одной розетки. Так, например, точки доступа беспроводной локальной сети часто располагаются на потолке, а камеры Web устанавливаются в большинстве случаев под специальными углами или на определенной высоте в стороне от розеток. Устройства считывания магнитных карт перед дверьми или въездом на какую-либо территорию также лишь в очень редких случаях находятся рядом с источниками питания.
Непрерывную работу оборудования обеспечивает источник бесперебойного питания (Uninterruptible Power Supply, UPS). До сих пор в подобных случаях каждый компонент обычно снабжался отдельным источником, а в качестве альтернативы инсталлировалась сеть переменного тока. Технология Power-over-LAN позволяет параллельно с сетью передачи данных сформировать топологию «точка — много точек» для подачи электрического тока. Эта конфигурация позволяет ограничиться единственной централизованной системой бесперебойного питания для всех подключенных к сети компонентов.
Технология электропитания по локальной сети позволяет одновременно передавать данные и ток, при этом целостность данных никоим образом не нарушается. Имеющиеся унаследованные системы, локально снабжаемые током компоненты Ethernet или сетевая проводка также не подвергаются опасности. Более того, для использования технологии Power-over-LAN изменение уже существующей кабельной инфраструктуры вовсе не обязательно. Все прежние компоненты Ethernet могут работать в сети наряду с системами, соответствующими новому стандарту Power-over-LAN. Это достигается благодаря интегрированному на каждом питающем порту механизму обнаружения компонентов с поддержкой Power-over-LAN, в функции которого входит однозначная классификация всех подключенных конечных устройств. Таким образом, ток получают только сетевые компоненты с аутентифицированной сигнатурой Power-over-LAN, а все остальные системы, соответственно, только данные.
 |
| Рисунок 1. Технология питания по локальной сети (Power-over-LAN) позволяет интегрировать передачу данных, речи и тока в сети Ethernet. Нет необходимости в устройствах 1-4: 1-Отдельный ИБП, 2-Розетка, 3-Адаптер AC/DC/, 4-Электросеть; 5-Информационная розетка, 6-IP-телефон, 7-Интегрированный модуль, 8-Вспомогательное решение, 9-Коммутатор Ethernet |
СМЕШАННАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ КОМПОНЕНТОВ POWER-OVER-LAN
Номинальное напряжение подаваемого по сети постоянного тока достигает 48 В. Сила подаваемого на каждый узел сети тока ограничена величиной 350 мА и соответствует действующему стандарту безопасности и предъявляемым к проводке требованиям. Тем самым общая потребляемая мощность тока достигает приблизительно 13 Вт и может быть измерена на каждом узле сети. При этом в расчет уже принята имеющая место утечка тока в кабеле длиной до 100 м. Беспроводные же локальные вычислительные сети и камеры Web потребляют, как правило, от 3,5 до 9 Вт.
Стандарт 802.3af предусматривает установку двух типов оборудования подачи энергии (Power Sourcing Equipment, PSE): самостоятельных (End-Span) и вспомогательных (Mid-Span). Самостоятельными продуктами являются коммутаторами Ethernet с интегрированной технологией подачи питания через локальную сеть. В случае вспомогательных компонентов речь идет в основном о концентраторах Power-over-LAN с количеством портов от шести до 24. Они устанавливаются между коммутатором Ethernet и конечными устройствами: точками доступа WLAN или Bluetooth, телефонами для передачи голоса по IP (Voice over IP, VoIP) или камерами Web. Каждый канал передачи вспомогательного устройства обладает одним портом для входа данных и комбинированным выходом RJ-45 для данных и тока.
Вспомогательные продукты служат для расширения сети без замены имеющихся коммутаторов. Кроме того, с их помощью организуют сети с небольшой плотностью портов Power-over-LAN. Такие производители, как 3Com, Avaya, Nortel, Ericsson, Powerdsine, Siemens, Mitel, NED, Proxim, Symbol, Compaq и Intermec, уже сегодня предлагают подобные продукты. Типичный вспомогательный компонент занимает не более одной единицы высоты в шкафу шириной 19? и оснащен 24 каналами, а также опционально поддержкой SNMP. При дальнейшем расширении сетей при покупке нового коммутатора следует обращать внимание на то, чтобы он соответствовал стандарту технологии питания по локальной сети 802.3af.
КОМБИНИРОВАННАЯ ПЕРЕДАЧА ТОКА И ДАННЫХ
Основная проблема в процессе разработки технологии питания через локальную сеть заключалась в значении параметров для передачи по кабелям, на основании которых определяется допустимое количество звеньев передачи между коммутатором и трансивером физического уровня подключенного конечного устройства. Кроме того, многое зависит от длины кабеля, общего количества компонентов, а также от совокупности имеющихся электромагнитных помех и ослабления сигнала.
Ограничения со стороны параметров передачи сокращали возможности по интеграции во вспомогательные компоненты линейных трансформаторов или изолирующих конденсаторов между входными и выходными разъемами каждого отдельного канала. Четыре предназначенных для передачи провода должны быть, таким образом, непосредственно соединены друг с другом. Это означает, что вспомогательные устройства могут устанавливаться только при коммуникациях на основе 10/100BaseT на базе проводки Категории 5, т. е. проводки наиболее распространенного типа.
Вспомогательные компоненты для подачи тока используют провода 4 и 5, а также 7 и 8, т. е. обе свободные пары. Для этих же целей самостоятельные устройства используют пары 1-2 и 3-6. Поэтому важно, чтобы снабжаемые током компоненты не только обладали действительной сигнатурой Power-over-LAN, но и были в состоянии принимать ток по любой комбинации пар проводов.
В самостоятельных устройствах, которые в сетевой среде применяются вместе с четырехпарными кабелями, в инфраструктурах Gigabit Ethernet для подачи питания используются две пары проводов; ток при этом подается между обеими парами «невидимо». Передача данных и тока выполняется параллельно, что препятствует возникновению взаимных помех. Токовое соединение происходит между центральными отводами магнитных катушек соответствующих линейных трансформаторов, ответственных за прием и передачу.
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ЗАЩИТНЫЙ МЕХАНИЗМ
КАК ЗАСТАВИТЬ ИМЕЮЩИЕСЯ КОММУТАТОРЫ ПОДДЕРЖИВАТЬ POWER-OVER-LAN
Уже размещенные в сети компоненты Ethernet сравнительно нетрудно преобразовать для работы в сети Power-over-LAN. Каждый из них нужно подключить так, чтобы он работал при входном токе с напряжением от 36 до 57 В. Устройство должно обладать сигнатурой Power-over-LAN, имеющей входное сопротивление величиной 25 кОм, а при продолжительной подаче тока не потреблять мощность более 12,95 Вт.