Definition Was sind 1000Base-T und 1GBase-T (802.3z und 802.3ab)?

In einem Gigabit-Ethernet-LAN kommunizieren Endgeräte mit Geschwindigkeiten von bis zu einem Gigabit pro Sekunde. Im Vergleich zu Fast Ethernet steht die zehnfache Geschwindigkeit zur Verfügung. Oft fallen in diesem Umfeld Begriffe wie Gigabit Ethernet, 1GBase-T, 1000Base-T, 802.3z oder 802.3ab. Der folgende Beitrag gibt einen Überblick über die verschiedenen Standards und Begrifflichkeiten.

Schon wenige Jahre nach der Veröffentlichung von Fast Ethernet mit seiner Übertragungsgeschwindigkeit von 100 Megabit pro Sekunde im Jahr 1995 wurden verschiedene IEEE-Standards für Gigabit Ethernet, abgekürzt GbE oder GigE, mit einer zehnfach höheren Geschwindigkeit verabschiedet. Im Jahr 1998 veröffentlichte das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) den Standard 802.3z für verschiedene 1000Base-X-Übertragungstechniken über Glasfaser und Twinax-Kabel. Nur ein Jahr später folgte mit dem IEEE-Standard 802.3ab die Spezifikation für Gigabit Ethernet über Twisted-Pair-Kabel der Kategorie 5e und 6 (1000Base-T).

Darüber hinaus existieren viele weitere Standards für Gigabit Ethernet über Kupferkabel oder Glasfaserkabel. Auf Endgeräteseite und bei Switches oder Routern hat Gigabit Ethernet mittlerweile kabelbasierte Vorgängertechnologien wie Ethernet oder Fast Ethernet weitgehend abgelöst. Moderne LANs arbeiten mit Gigabitgeschwindigkeiten und sind abwärtskompatibel zu Fast Ethernet oder Ethernet.

Inzwischen existieren weitere noch schnellere Standards wie 10-, 40-, 100-, 200- oder 400-Gbit/s-Ethernet (10GbE, 40GbE, 100GbE, 200GbE und 400GbE), die sich jedoch hauptsächlich im Bereich der Vernetzung von Netzwerk- und Rechenzentrumskomponenten etabliert haben oder sich noch etablieren müssen. Geräte wie Hubs, wie sie bei Ethernet oder Fast Ethernet noch zum Einsatz kamen, sind im Gigabit-Umfeld nicht mehr vorzufinden. In der Regel handelt es sich bei den Gigabit-Infrastrukturen um geswitchte Vollduplex-Verbindungen.

Bezeichnungen wie 1000Base-T oder 1000Base-SX folgen einem einheitlichen Schema. Die Zahl "1000" steht für 1000 Megabit pro Sekunde, der Begriff "Base" für die Basisbandsignalisierung Ethernet und der folgende Buchstabe wie "T" oder "F" für Twisted-Pair oder Multimodeglasfaser. Es sind weitere Buchstaben wie "L" für 1310nm-Multi- oder Singlemodeglasfaser oder "E" für 1550nm-Singlemodeglasfaser und andere definiert. GbE beherrscht Auto-MDI/X und erkennt automatisch Uplink- oder Direktverbindungen. So genannte Kreuzkabel mit gekreuzter Sende- und Empfangsrichtung werden nicht mehr benötigt.

IEEE 802.3z für Gigabit Ethernet über Glasfaserkabel und Twinax-Kabel

Der IEEE-Standard 802.3z spezifiziert Gigabit Ethernet über Glasfaserkabel und Twinax-Kabel. Oft wird der Standard als 1000Base-X benannt, wobei das X als Überbegriff für Bezeichnungen wie -SX, -LX oder -CX steht. 802.3z beinhaltet 1000Base-SX zur Übertragung über Multimodeglasfaser, 1000Base-LX zur Übertragung über Multi- oder Singlemodefasern oder 1000Base-CX zur Übertragung über geschirmtes Twinax-Kupferkabel. Zum Einsatz kommen 8b10b- und NRZ-Kodierungen.

Während sich mit Multimodefasern Entfernungen von einigen hundert Metern überbrücken lassen, gestatten Singlemodefasern Entfernungen von über 100 Kilometern. Bei Twinax-Kabeln ist die maximale Distanz auf 25 Meter beschränkt.

Die verschiedenen Varianten von Gigabit Ethernet über Glasfaser

Für Gigabit-Ethernet über Glasfaser existieren viele verschiedene Übertragungsstandards. Im Folgenden ein kurzer Überblick über verschiedene Varianten:

• 1000Base-SX - GbE über Multimodefaser mit 850 nm Wellenlänge für Entfernungen bis 500 m

• 1000Base-LX - GbE über Multi- oder Singlemodefaser mit 1310 nm Wellenlänge für Entfernungen bis 500 m (Multimode) oder 5 km (Singlemode)

• 1000Base-LX10 - GbE über Singlemodefaser für Entfernungen bis 10 km

• 1000Base-BX10 - GbE über eine einzige Singlemodefaser für Entfernungen bis 10 km und richtungsabhängigen Wellenlängen von 1490 und 1310 nm

• 1000Base-EX - GbE über Singlemodefaser mit 1550 nm Wellenlänge für Entfernungen bis 40 km

• 1000Base-ZX - GbE über Singlemodefaser mit 1550 nm Wellenlänge für Entfernungen bis 100 km

Die verschiedenen Varianten von Gigabit Ethernet über Kupferkabel

Gigabit Ethernet kann nicht nur über Glasfaserkabel, sondern auch über verschiedene Typen und Kategorien von Kupferkabeln oder Twisted-Pair-Kabeln übertragen werden. Für Kupferkabel existieren wie für Glasfaserkabel zahlreiche verschiedene Spezifikationen. Im Folgenden ein kurzer Überblick über die wichtigsten Spezifikationen:

1000Base-T oder 1GBase-T (IEEE 802.3ab) zur Übertragung von GbE über Cat5e- oder Cat6-Twisted-Pair-Kabel

1000Base-T oder 1GBase-T ist einer der bedeutendsten GbE-Standards für Kupferkabel und in IEEE 802.3ab definiert. Mit 1000Base-T lassen sich vorhandene CAT-5e-Kabelinfrastrukturen, wie sie für Fast Ethernet zum Einsatz kommen, weiterverwenden. Im Gegensatz zu Fast Ethernet werden allerdings alle vier verdrillten Adernpaare des Kabels genutzt. Auch die RJ45-Stecker und -Buchsen sind identisch zu Ethernet oder Fast Ethernet mit dem einzigen Unterschied, dass alle acht Pins belegt sind. Die maximale Segmentlänge einer Kabelverbindung darf 100 Meter betragen. 1000Base-T teilt die Übertragung auf vier Adernpaare mit jeweils 250 Megabit pro Sekunde auf. Um im Vollduplex-Betrieb zu arbeiten nutzt 1000Base-T spezielle Verfahren zur Unterscheidung von Sende- und Empfangssignal auf dem gleichen Adernpaar. Das genutzte Modulationsverfahren ist die Fünf-Level-Kodierung PAM5.

Kurz zusammengefasst sind die wesentlichen technischen Merkmale von 1000Base-T nach IEEE 802.3ab folgende:

• Kompatibel mit Cat-5e-Twisted-Pair-Kabel

• Verwendung aller vier Adernpaare

• Schrittgeschwindigkeit 125 MBaud pro Adernpaar

• Belegung aller acht Pins an den RJ45-Steckern und -Buchsen

• 1000 Megabit pro Sekunde Übertragungsgeschwindigkeit

• maximale Leitungslänge 100 Meter

• Modulationsverfahren PAM5

• Echo-Kompensation zur Richtungstrennung

• Sterntopologie

• 62,5 MHz Bandbreite

1000Base-CX (IEEE 802.3z) zur Übertragung von GbE über Twinax-Kabel

Bei 1000Base-CX handelt es sich um einen Standard für GbE über Twinax-Kabel. Er ist zusammen mit verschiedenen Glasfaservarianten in IEEE 802.3z spezifiziert. 1000Base-CX erlaubt maximale Distanzen von 25 Metern. Die Kabel sind geschirmt und haben eine Impedanz von 150 Ohm. Im Vergleich zu 1000Base-T bestehen wesentlich höhere Anforderungen an die verwendeten Kabel. Die Bandbreite ist beispielsweise mit 625 MHz um den Faktor zehn höher. 1000Base-CX hat heute kaum noch eine Bedeutung.

1000Base-TX

1000Base-TX ist ein Standard der Telecommunications Industry Association (TIA). Er verwendet im Vergleich zu 1000Base-T nur zwei Adernpaare, benötigt aber höherwertige Twisted-Pair-Kabel der Kategorie 6 oder 7. Aufgrund der höhere Kabelanforderungen konnte sich die Technik gegenüber 1000Base-T nicht durchsetzen.

1000Base-T1

1000Base-T1 ist im Standard IEEE 802.3bp aus dem Jahr 2016 spezifiziert. Die GbE-Variante erlaubt die Übertragung über ein einziges verdrilltes Adernpaar eines Twisted-Pair-Kabels und ist für Anwendungen im Automotive- oder Industriebereich vorgesehen. Die ebenfalls spezifizierten Kabel vom Typ A oder Typ B erlauben maximale Distanzen von 15 oder 40 Metern.

GbE über POF – 1000Base-RHx

1000Base-RHx ist im Standard IEEE 802.3bv aus dem Jahr 2017 spezifiziert. Das Übertragungsverfahren nutzt POF (Plastic Optical Fiber). Die POF-Standards 1000Base-RHA, 1000Base-RHB und 1000Base-RHC sind für den Consumer-, Industrie- oder Automotive-Bereich vorgesehen.

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