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Gigabit-Ethernet / 1GBase-T / 1000Base-T / IEEE 802.3z / IEEE 802.3ab

Gigabit-Ethernet gehört zu einer Familie von Netzwerktechniken, die vorwiegend in lokalen Netzwerken zum Einsatz kommen. Gigabit-Ethernet ist aber auch für die Verbindung großer Netzwerke geeignet. Gigabit-Ethernet wurde erst für Glasfaserkabel, später auch für Twisted-Pair-Kabel entwickelt und spezifiziert. Beide Varianten erlauben die Übertragung von Daten mit 1.000 MBit/s bzw. 1 GBit/s. Das ist eine Steigerung um den Faktor 10 gegenüber Fast-Ethernet mit 100 MBit/s.

Fast-Ethernet galt lange Zeit als "der" Standard für die lokale Vernetzung. Doch wer denkt, dass Fast-Ethernet mit 100 MBit/s vollkommen ausreichend ist, der irrt. Wenn Daten im Netzwerk gespeichert werden, dann ist das 100-MBit-Netz ein Flaschenhals. 1 GBit/s ist ein Muss, wenn man Server und Speichergeräte in ein Netzwerk einbinden will und viele Netzwerk-Teilnehmer darauf zugreifen sollen.
Viele verschiedene Anwendungen (z. B. Internet, Multimedia, elektronischer Dokumentenaustausch) verursachen eine hohe Netzlast. Deshalb ist es notwendig, die zentralen Netzwerk-Stationen, wie z. B. Router, Server und Switche mit mehr Bandbreite zu verbinden, als es bei den meisten Stationen nötig ist.

IEEE 802.3z / Gigabit Ethernet auf Glasfaser und Twinax-Kabel

IEEE 802.3ab / Gigabit Ethernet über Twisted-Pair-Kabel

1000Base-T ist eine Erweiterung von IEEE 802.3z. Der Standard beschreibt auf der physikalischen Schicht des OSI-Schichtenmodells, wie und in welcher Form Daten auf dem Kabel übertragen werden. Alle weiteren Funktionen von Ethernet, dazu gehört auch das Zugriffsverfahren, sind auf dem MAC-Layer definiert.
Gigabit-Ethernet ist zu 100 MBit/s und 10 MBit/s abwärtskompatibel. Außerdem beherrscht Gigabit-Ethernet Auto-MDI/X. Das bedeutet, Gigabit-Ports erkennen automatisch eine Uplink-Verbindung. Gigabit-Switche haben deshalb keinen Uplink-Port mehr. Cross-Over-Patchkabel sind nicht mehr notwendig.

Im Netzwerkbereich spielt die Verkabelung eine wichtige Rolle. Sie ist neben den Kopplungselementen der teuerste und aufwendigste Teil der gesamten Installation. Nur ungern tauscht man eine Netzwerk-Verkabelung aus. Vor allem, wenn es nicht dringend notwendig ist. Ein neues Übertragungssystem lässt sich in diesem Bereich leichter einführen, wenn nicht gleich die komplette Verkabelung ausgetauscht werden muss. Von Vorteil ist, dass bei der Einführung von Gigabit-Ethernet die vorhandene strukturierte Verkabelung (Twisted-Pair-Kabel) übernommen werden kann. Vorausgesetzt, die Kabel sind dafür spezifiziert.
1000Base-T wurde von Anfang an so ausgelegt, dass es mit den Steckern und Buchsen der RJ-45-Verbindungstechnik benutzt werden kann. Im Gegensatz zu Fast-Ethernet braucht Gigabit-Ethernet alle vier Adernpaare eines Kabels.

Vom Grundsatz her, ist Gigabit-Ethernet für den Einsatz mit CAT5-Leitungen ausgelegt. Doch CAT5 ist nicht gleich CAT5. 1000Base-T stellt hohe Anforderungen an die Kabelinstallation. In Einzelfällen scheitert 1000Base-T auf CAT5. Wenn bei der Abnahmemessung der Verkabelung die Anforderungen von 1000Base-T noch nicht berücksichtigt wurden, dann kann man nur durch eine Nachmessung feststellen, ob eine Verkabelung Gigabit-Ethernet-tauglich ist.
Für kurze Strecken bis 10 Meter, kann man auf alle Fälle normale CAT5-Kabel verwenden. Ab 10 Meter sollte es mindestens CAT5e sein, um eine stabile und störungsfreie Verbindung herstellen zu können. Sonst kann es passiert, dass die Gigabit-Verbindungen auf Fast-Ethernet mit 100 MBit/s zurückfallen.

Übertragungstechnik von 1000Base-T

1 GBit/s auf Twisted-Pair-Kabel der Kategorie 5 (CAT5) zu erreichen, ist eigentlich ein Ding der Unmöglichkeit. Vor allem dann, wenn man die üblichen Distanzen bis zu 100 Meter überbrücken will. Das liegt daran, weil CAT5-Kabel nur für eine Übertragungsfrequenz bis 100 MHz ausgelegt sind. Was vor der Gigabit-Ethernet-Zeit mit üblicher Technik einer Übertragungsgeschwindigkeit von 100 MBit/s entsprach. Eine Übertragungsgeschwindigkeit über 1 GBit/s auf Twisted-Pair-Kabel ist deshalb nur mit ausgeklügelten Tricks möglich.

Das Entwicklungsziel von 1000Base-T war von Anfang an die Reduzierung der Übertragungsrate. Als erstes verzichtete man auf die übliche 8B/10B-Kodierung, wodurch sich die Bitrate von 1.250 MBit/s (brutto) auf 1.000 MBit/s (netto) reduzierte. Die Übertragungstechnik nutzt alle vier Adernpaare des Twisted-Pair-Kabels. Bereits bei VG-AnyLAN und 100Base-T4 (Fast Ethernet über TP-Kabel der Kategorie 3) kam diese Technik zum Einsatz. Die üblichen Ethernet-Standards, wie 10Base-T und 100Base-T, nutzen ausschließlich zwei Adernpaare. Pro Adernpaar wird nur noch 250 MBit/s bzw. 250 MHz übertragen. Um die Übertragungsfrequenz noch weiter drücken zu können, setzt man auf eine Fünf-Level-Kodierung von PAM5. Statt der üblichen zwei (0 und 1) oder drei (-1, 0, +1) logischen Zustände, werden fünf (-1V, -0,5V, 0V, +0,5V, +1V) logische Zustände übertragen.
Durch die PAM5-Kodierung reduziert sich die Baudrate pro Adernpaar auf 125 MBit/s (bei 100 MHz). Das entspricht der Baudrate von Fast-Ethernet.
Damit der Vollduplex-Modus möglich ist, wird Echo Cancelation (Echo-Kompensation) eingesetzt, um Empfangssignal vom Sendesignal, dass auf dem gleichen Adernpaar gesendet wird, trennen zu können.

Übersicht: Ethernet-Technik

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