10/100/1000 Base-T 技術原理

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前一篇介紹過基本驗證的方式,接下來讓我們進一步探索不同傳輸訊號的原理!這篇會融合不同速度底下你應該要知道的名詞。

10 Base-T

10 Base-T 是雙絞線乙太網路的元老級標準,使用 2 對雙絞線 傳輸資料。

最初設計時採用 Cat-3 線材,但隨著網路速度不斷提升,Cat-3 逐漸被 Cat-5e 取代,而現在市面上最低規格的網路線幾乎都是 Cat-5e 以上。

它採用 Manchester Encoding(曼徹斯特編碼),利用訊號轉態來表示資料的 0 與 1,這種編碼方式雖然效率不高,但優點是時脈與資料同時存在於訊號中,接收端能輕易完成同步。

現在家用傳輸檔案除了文字還有很多的圖片和影片,所以10 Base-T 在一般生活中的應用中幾乎絕跡,但在許多工業設備或工廠終端仍然常見!

原因在於它比傳統工業設備會使用到的 RS-232、RS-422、RS-485 等串列通訊更快、更穩定, 再加上 Ethernet 本身具備良好的擴充性與相容性,因此在工業控制領域仍具實用價值。

100 Base-TX

100 Base-TX 是目前最常見的 100 Mb/s 乙太網路標準,定義於 IEEE 802.3u。

雖然過去曾有 100 Base-T2 與 100 Base-T4 等規範,但這些都早已被淘汰(如果你真的看過支援的產品,歡迎留言分享,我也很好奇 😄)。

它同樣使用 2 對雙絞線 傳輸資料,但採用 4B5B 編碼結合 MLT-3(Multi-Level Transmit 3-Level) 調變技術。

MLT-3 訊號只在 −1、0、+1 三個電位間切換,這種波形雖然看似簡單,卻能有效降低頻寬需求。 實際上,100 Base-TX 的符號速率是 125 MBaud,經 MLT-3 轉換後有等效頻寬約 31.25 MHz,大幅降低對纜線品質的要求,也同時減少 EMI 干擾。

1000 Base-T

1000 Base-T 是目前最普遍的 Gigabit Ethernet(千兆乙太網路)標準,定義於 IEEE 802.3ab,它能在 Cat 5e 或以上等級的雙絞線 上,以 1 Gbit/s 的速率傳輸資料,最長傳輸距離為 100 公尺。

與前兩代(10 Base-T、100 Base-TX)最大的差異在於1000 Base-T 同時使用 4 對雙絞線進行資料傳輸,每對線以 250 Mbit/s 的速率運作,四對線合併後可達到 1 Gbit/s 的總速率。

在訊號傳輸上,1000 Base-T 採用 PAM-5(Pulse Amplitude Modulation - 5 Level) 調變技術,每一個符號(Symbol)可對應五個電位階,透過這種多階振幅的方式,每條線在同樣的符號速率下可攜帶更多位元資訊,同時也能保持與 100 Base-TX 相同的符號頻寬(約 125 MBaud),因此可沿用現有 Cat 5e 線纜。

此外,由於四對線需要同時雙向傳輸(Full-Duplex),1000 Base-T 的 PHY 晶片內部必須具備**回聲消除(Echo Cancellation)串音補償(Crosstalk Cancellation)**的能力,以抵銷同線回授與相鄰線干擾,這也是 Gigabit PHY 設計最具挑戰的部分。

比較總表

其實現在生活中多數網路晶片仍然支援這三種速度,而網路速度不只是設備效能的問題,也與整個架構設計息息相關——其中「線材」是影響傳輸效率與穩定度的重要關鍵之一。

未來我們不只會延伸討論 1G 以上的高速規格,在線材品質的選擇、線材驗證的方式也都會有文章介紹,想更深入了解硬體驗過程中好玩的事情,就讓我們下一篇再繼續!

附上本次不同速度的規格與技術比較表格:

10/100/1000 技術比較表

10/100/1000 技術比較表


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