Ethernet là công nghệ mạng cục bộ (LAN) phổ biến nhất hiện nay, đóng vai trò xương sống cho hầu hết các hệ thống mạng từ gia đình, văn phòng nhỏ đến các trung tâm dữ liệu khổng lồ. Kể từ khi ra đời vào những năm 1970, Ethernet đã không ngừng phát triển, với các tiêu chuẩn mới liên tục được ra đời để đáp ứng nhu cầu về tốc độ, hiệu suất và khả năng kết nối ngày càng tăng.
Các chuẩn kết nối Ethernet được định nghĩa bởi tổ chức IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), cụ thể là trong bộ tiêu chuẩn IEEE 802.3. Mỗi chuẩn Ethernet quy định các yếu tố như tốc độ truyền dữ liệu, loại cáp được sử dụng, khoảng cách tối đa và phương thức truyền tín hiệu.
Dưới đây là các chuẩn kết nối Ethernet phổ biến hiện nay và ứng dụng của chúng:
1. Chuẩn Ethernet truyền thống (Standard Ethernet)
- Tên chuẩn IEEE: IEEE 802.3
- Tốc độ: 10 Mbps (Megabit/giây)
- Các biến thể phổ biến:
- 10BASE-T: Sử dụng cáp xoắn đôi không chống nhiễu (UTP) Category 3 (Cat3) trở lên, khoảng cách tối đa 100 mét.
- 10BASE-2 (ThinNet): Sử dụng cáp đồng trục mỏng (thin coaxial cable), khoảng cách tối đa 185 mét.
- 10BASE-5 (ThickNet): Sử dụng cáp đồng trục dày (thick coaxial cable), khoảng cách tối đa 500 mét.
- 10BASE-F: Sử dụng cáp quang (Fiber Optic), cho khoảng cách xa hơn.
- Ứng dụng:
- Hiện nay, các chuẩn 10 Mbps đã gần như không còn được sử dụng trong các hệ thống mạng mới do tốc độ quá chậm.
- Chúng có thể được tìm thấy trong một số hệ thống cũ kỹ hoặc các thiết bị nhúng đơn giản không yêu cầu băng thông cao.
2. Fast Ethernet
- Tên chuẩn IEEE: IEEE 802.3u
- Tốc độ: 100 Mbps
- Các biến thể phổ biến:
- 100BASE-TX: Sử dụng cáp UTP Category 5 (Cat5) hoặc Cat5e, khoảng cách tối đa 100 mét. Đây là chuẩn phổ biến nhất của Fast Ethernet.
- 100BASE-FX: Sử dụng cáp quang đa mode (Multi-mode Fiber – MMF) hoặc đơn mode (Single-mode Fiber – SMF), cho phép truyền xa hơn (ví dụ: 2km trên MMF).
- 100BASE-T4: Sử dụng bốn cặp cáp UTP Category 3, hiện nay ít được sử dụng.
- Ứng dụng:
- Mạng văn phòng nhỏ, gia đình: Vẫn còn được sử dụng ở một số nơi, đặc biệt cho các thiết bị không yêu cầu băng thông cao như máy in, một số thiết bị IoT cơ bản.
- Thiết bị mạng cũ: Các switch, router, card mạng đời cũ.
- Hệ thống điều khiển công nghiệp (Industrial Control Systems): Nơi tốc độ 100 Mbps là đủ và sự ổn định được ưu tiên.
3. Gigabit Ethernet
- Tên chuẩn IEEE: IEEE 802.3ab (cho cáp đồng), IEEE 802.3z (cho cáp quang)
- Tốc độ: 1 Gbps (Gigabit/giây)
- Các biến thể phổ biến:
- 1000BASE-T: Sử dụng cáp UTP Category 5e (Cat5e) hoặc Cat6, khoảng cách tối đa 100 mét. Đây là chuẩn phổ biến nhất hiện nay cho mạng LAN có dây.
- 1000BASE-SX: Sử dụng cáp quang đa mode (MMF), khoảng cách tối đa khoảng 550 mét (tùy loại cáp).
- 1000BASE-LX: Sử dụng cáp quang đơn mode (SMF) hoặc đa mode, khoảng cách tối đa 5 km trên SMF, hoặc 550 mét trên MMF.
- 1000BASE-CX: Sử dụng cáp twinaxial đồng, khoảng cách rất ngắn (25 mét), chủ yếu cho kết nối nội bộ trong rack.
- Ứng dụng:
- Mạng doanh nghiệp, trường học, bệnh viện: Gigabit Ethernet là chuẩn tối thiểu để đáp ứng nhu cầu truyền tải dữ liệu lớn, hội nghị truyền hình, truy cập ứng dụng đám mây.
- Mạng gia đình hiệu suất cao: Cho các hoạt động như chơi game online, truyền phát video 4K, sao lưu dữ liệu lớn.
- Kết nối giữa các switch trong mạng LAN: Tạo xương sống cho mạng nội bộ.
4. 10 Gigabit Ethernet (10GbE)
- Tên chuẩn IEEE: IEEE 802.3ae (cho cáp quang), IEEE 802.3an (cho cáp đồng)
- Tốc độ: 10 Gbps
- Các biến thể phổ biến:
- 10GBASE-T: Sử dụng cáp UTP Category 6a (Cat6a) hoặc Cat7, khoảng cách tối đa 100 mét.
- 10GBASE-SR: Sử dụng cáp quang đa mode (MMF), khoảng cách từ 26 đến 400 mét (tùy loại cáp và độ dài sóng). “SR” là Short Reach.
- 10GBASE-LR: Sử dụng cáp quang đơn mode (SMF), khoảng cách tối đa 10 km. “LR” là Long Reach.
- 10GBASE-ER: Sử dụng cáp quang đơn mode (SMF), khoảng cách tối đa 40 km. “ER” là Extended Reach.
- 10GBASE-LRM: Sử dụng cáp quang đa mode (MMF) cũ hơn (FDDI-grade, OM1/OM2), khoảng cách tối đa 220 mét.
- 10GBASE-KR: Dành cho kết nối backplane trong các thiết bị mạng.
- 10GBASE-CX4: Sử dụng cáp twinaxial đồng, khoảng cách ngắn (15 mét), cho kết nối trong rack.
- Ứng dụng:
- Trung tâm dữ liệu (Data Centers): Kết nối máy chủ với switch, kết nối giữa các switch core và aggregation.
- Mạng lưu trữ (Storage Area Networks – SAN): Cho phép truy cập nhanh vào các hệ thống lưu trữ như NAS, SAN.
- Mạng doanh nghiệp lớn: Xương sống (backbone) của mạng, kết nối các tầng mạng chính.
- Điện toán hiệu năng cao (HPC): Cung cấp băng thông cần thiết cho các tác vụ tính toán chuyên sâu.
5. Higher Speed Ethernet (25GbE, 40GbE, 50GbE, 100GbE, 200GbE, 400GbE)
Các chuẩn này chủ yếu được phát triển để đáp ứng nhu cầu bùng nổ của trung tâm dữ liệu siêu lớn (Hyperscale Data Centers), điện toán đám mây, và mạng 5G. Chúng thường sử dụng cáp quang hoặc cáp đồng chuyên dụng cho khoảng cách ngắn.
- 25 Gigabit Ethernet (25GbE):
- Tên chuẩn IEEE: IEEE 802.3by
- Tốc độ: 25 Gbps
- Cáp: Cáp quang hoặc cáp đồng Twinax cho khoảng cách ngắn.
- Ứng dụng: Rất phổ biến trong các trung tâm dữ liệu hiện đại, đặc biệt cho kết nối máy chủ với switch ToR (Top-of-Rack), cung cấp hiệu quả chi phí cao hơn so với 40GbE khi cần băng thông cao cho từng máy chủ.
- 40 Gigabit Ethernet (40GbE):
- Tên chuẩn IEEE: IEEE 802.3ba
- Tốc độ: 40 Gbps
- Cáp: Thường sử dụng cáp quang (ví dụ: 40GBASE-SR4 trên MMF cho vài trăm mét, 40GBASE-LR4 trên SMF cho 10 km) hoặc cáp đồng Twinax cho khoảng cách rất ngắn.
- Ứng dụng: Kết nối uplink giữa các switch trong trung tâm dữ liệu, kết nối giữa các tủ rack, và trong các môi trường HPC.
- 50 Gigabit Ethernet (50GbE):
- Tên chuẩn IEEE: IEEE 802.3cd
- Tốc độ: 50 Gbps
- Cáp: Cáp quang hoặc cáp đồng Twinax.
- Ứng dụng: Một lựa chọn thay thế 40GbE/100GbE để tối ưu hóa chi phí cho các trung tâm dữ liệu.
- 100 Gigabit Ethernet (100GbE):
- Tên chuẩn IEEE: IEEE 802.3ba
- Tốc độ: 100 Gbps
- Cáp: Cáp quang (ví dụ: 100GBASE-SR4/SR10 trên MMF, 100GBASE-LR4/ER4 trên SMF) hoặc cáp đồng Twinax/Active Optical Cables (AOC) cho khoảng cách ngắn.
- Ứng dụng: Xương sống của trung tâm dữ liệu siêu lớn, kết nối giữa các trung tâm dữ liệu (DCI), mạng nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) và các hệ thống HPC cực lớn.
- 200 Gigabit Ethernet (200GbE):
- Tên chuẩn IEEE: IEEE 802.3cd
- Tốc độ: 200 Gbps
- Cáp: Cáp quang.
- Ứng dụng: Dành cho các trung tâm dữ liệu quy mô lớn hơn nữa và các ứng dụng đòi hỏi băng thông cực cao như AI/ML, điện toán hiệu năng cao.
- 400 Gigabit Ethernet (400GbE):
- Tên chuẩn IEEE: IEEE 802.3bs (ban đầu), IEEE 802.3cd, IEEE 802.3cu (cho 400GBASE-DR4)
- Tốc độ: 400 Gbps
- Cáp: Cáp quang (ví dụ: 400GBASE-DR4 cho khoảng cách ngắn, 400GBASE-FR4/LR4 cho khoảng cách xa hơn trên SMF).
- Ứng dụng: Công nghệ đỉnh cao cho các trung tâm dữ liệu siêu lớn, mạng xương sống của nhà cung cấp dịch vụ, và các ứng dụng AI/ML/HPC tiên tiến nhất, nơi mà hiệu suất là yếu tố then chốt.
6. Chuẩn Ethernet cho các ứng dụng đặc biệt
Bên cạnh các chuẩn về tốc độ, IEEE 802.3 còn có các tiêu chuẩn cho các tính năng đặc biệt:
- Power over Ethernet (PoE) – IEEE 802.3af/at/bt:
- Chức năng: Cho phép truyền cả dữ liệu và nguồn điện qua cùng một cáp Ethernet xoắn đôi.
- Các biến thể:
- 802.3af (PoE): Cung cấp tối đa 15.4W cho thiết bị.
- 802.3at (PoE+): Cung cấp tối đa 30W cho thiết bị.
- 802.3bt (PoE++ / 4PPoE): Cung cấp tối đa 60W hoặc 90W cho thiết bị.
- Ứng dụng: Cấp nguồn cho camera IP, điểm truy cập không dây (Wi-Fi Access Points), điện thoại VoIP, cảm biến IoT, đèn LED thông minh, v.v., đơn giản hóa việc triển khai mạng.
- Energy Efficient Ethernet (EEE) – IEEE 802.3az:
- Chức năng: Cho phép các thiết bị Ethernet tiết kiệm năng lượng bằng cách tự động chuyển sang chế độ năng lượng thấp trong thời gian không có hoạt động truyền dữ liệu, hoặc khi lưu lượng mạng thấp.
- Ứng dụng: Giảm chi phí năng lượng trong các trung tâm dữ liệu và mạng doanh nghiệp lớn, nơi có nhiều thiết bị hoạt động 24/7.
- Single-pair Ethernet (SPE) – IEEE 802.3cg (10BASE-T1L/S):
- Chức năng: Cho phép truyền Ethernet qua một cặp dây xoắn duy nhất, với khoảng cách xa hơn (đến 1 km) và tiêu thụ điện năng cực thấp.
- Ứng dụng: Rất quan trọng cho các ứng dụng công nghiệp (Industrial IoT, OT), ô tô (in-vehicle networking), và các thiết bị biên nhỏ gọn, nơi không gian và chi phí cáp là yếu tố quan trọng.
Kết luận
Sự phát triển của các chuẩn Ethernet cho thấy cam kết không ngừng của ngành công nghiệp trong việc đáp ứng nhu cầu băng thông và kết nối ngày càng tăng của thế giới kỹ thuật số. Từ những bước đi ban đầu ở tốc độ 10 Mbps đến các siêu xa lộ dữ liệu 400 Gbps và hơn thế nữa, Ethernet vẫn là công nghệ nền tảng không thể thiếu. Việc hiểu rõ các chuẩn này giúp các chuyên gia IT, kỹ sư mạng và doanh nghiệp đưa ra lựa chọn tối ưu cho hạ tầng mạng của mình, đảm bảo hiệu suất, độ tin cậy và khả năng mở rộng trong tương lai.
Bạn có đang sử dụng chuẩn Ethernet nào trong mạng của mình, và bạn có kế hoạch nâng cấp lên tốc độ cao hơn trong tương lai gần không?
____
Bài viết liên quan
Bài viết liên quan