What is Ethernet - Standards, Specifications, CATs and RJ45 Connectors

Friday, 29/11/2024, 04:47

TAEC - Ethernet là một công nghệ mạng tiêu chuẩn, đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các thiết bị trong một mạng cục bộ (LAN). Với sự phát triển không ngừng, Ethernet đã trở thành nền tảng chính cho hầu hết các hệ thống truyền tải dữ liệu hiện nay. Vậy Ethernet là gi? Trong bài viết này sẽ giới thiệu tổng quan về Ethernet: tiêu chuẩn, đặc điểm, CAT và đầu nối RJ45 - là những kiến thức cơ bản về công nghệ Ethernet, và đó cũng là những yếu tố liên quan đến việc lựa chọn giải pháp chống sét để bảo vệ an toàn cho hệ thống mạng máy tính nội bộ.

 

1. Ethernet là gì?

1.1. Định nghĩa Ethernet

Ethernet là một công nghệ mạng cục bộ (LAN - Local Area Network) được sử dụng rộng rãi, là một trong những chuẩn truyền thông tín hiệu số phổ biến nhất hiện nay, cho phép các thiết bị kết nối và giao tiếp với nhau trong cùng một mạng với phương thức truyền dữ liệu theo các khung (frame) qua các cáp kết nối, đảm bảo hiệu suất ổn định và tốc độ cao.

Với khả năng kết nối nhiều thiết bị, Ethernet đóng vai trò quan trọng trong truyền thông dữ liệu hiện đại như:

  • Mạng doanh nghiệp: Tích hợp hệ thống máy tính, máy chủ, và lưu trữ dữ liệu.
  • Mạng gia đình: Kết nối các thiết bị thông minh như máy tính, TV, camera IP.
  • Công nghiệp: Điều khiển tự động hóa, giám sát hệ thống.
  • IoT: Kết nối cảm biến và các thiết bị công nghiệp trong mạng thông minh.

Ethernet ra đời vào năm 1973 bởi Robert Metcalfe tại Xerox. Chuẩn Ethernet đầu tiên (IEEE 802.3) được công bố năm 1983, mang lại sự thống nhất trong mạng truyền thông.

1.2 Cấu trúc mạng Ethernet

Một mạng Ethernet điển hình bao gồm các thành phần:

  • Dây cáp: Thường là cáp xoắn đôi (UTP, STP) hoặc cáp quang để truyền tín hiệu.
  • Switch (thiết bị chuyển mạch): Đóng vai trò trung tâm, giúp định tuyến dữ liệu đến đúng thiết bị đích.
  • Router: Kết nối mạng LAN với mạng Internet và định tuyến dữ liệu giữa các mạng khác nhau.
  • Thiết bị đầu cuối: Sever, máy tính, máy in, và các thiết bị IoT nhận và gửi dữ liệu qua mạng Ethernet.

1.3. Ưu điểm và hạn chế của Ethernet

 

Ưu điểm Hạn chế
Tốc độ cao, hỗ trợ lên tới 400 Gbps Giới hạn khoảng cách truyền (thường 100m)
Giá thành thấp, dễ triển khai mở rộng Dễ bị ảnh hưởng bởi sét hoặc nhiễu điện từ
Độ ổn định và bảo mật cao Không linh hoạt như mạng không dây

 

2. Nguyên lý hoạt động của Ethernet

2.1. Nguyên lý truyền dữ liệu qua Ethernet

Ethernet sử dụng phương pháp truyền dữ liệu dạng gói (packet) qua các thiết bị mạng như switch và router. Dữ liệu được chia nhỏ thành các khung (frame) để truyền, đảm bảo tính toàn vẹn khi đến đích.

Dữ liệu được chuyển đi theo các bước:

  • Đóng gói dữ liệu: Dữ liệu được chia thành các khung (frame) chứa thông tin về địa chỉ nguồn, địa chỉ đích và dữ liệu cần truyền.
  • Mã hóa tín hiệu: Dữ liệu được mã hóa thành tín hiệu điện số để truyền qua cáp Ethernet.
  • Truyền qua cáp: Tín hiệu được gửi từ thiết bị gửi qua switch/router đến thiết bị nhận.
  • Giải mã tín hiệu: Thiết bị nhận giải mã tín hiệu để lấy lại dữ liệu ban đầu.

Các bước truyền dữ liệu ethernet

Các bước di chuyển dữ liệu Ethernet

Ethernet sử dụng phương thức truyền CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), đây là cơ chế cho phép các thiết bị kiểm tra trạng thái đường truyền trước khi gửi dữ liệu. Khi phát hiện tắt nghẽn, thiết bị sẽ tạm dừng và gửi lại sau một khoảng thời gian ngẫu nhiên.

2.2.Nguyên lý truyền tín hiệu điện

Tín hiệu điện: Trong cáp đồng (UTP hoặc STP), dữ liệu được truyền dưới dạng tín hiệu điện số qua các cặp dây xoắn đôi trong cáp Ethernet. Cáp xoắn đôi giảm thiểu nhiễu tín hiệu từ môi trường bên ngoài, đặc biệt trong cáp STP (có lớp bảo vệ chống nhiễu).

Tín hiệu vi sai (Differential Signaling): Ethernet sử dụng tín hiệu vi sai trên các cặp dây để giảm nhiễu từ môi trường bên ngoài và tăng khả năng truyền dữ liệu ổn định. Điện áp dao động giữa hai mức (0V và 2.5V) để biểu diễn bit 0 và bit 1.

  • Tx+ và Tx- (Truyền): Cặp dây truyền tín hiệu từ thiết bị nguồn.
  • Rx+ và Rx- (Nhận): Cặp dây nhận tín hiệu từ thiết bị đích.

xem thêm: Tín hiệu Vi sai trong chuẩn truyền thông RS là gì?

Kỹ thuật mã hóa: Ethernet sử dụng các phương pháp mã hóa tín hiệu như NRZ (Non-Return-to-Zero) hoặc PAM-5 (Pulse Amplitude Modulation) để giảm nhiễu và tăng hiệu quả truyền tải.

3. Các chuẩn Ethernet và tốc độ truyền tải

3.1. Các tiêu chuẩn Ethernet phổ biến

Dưới đây là một số tiêu chuẩn Ethernet chính: Ethernet truyền thống (10 Mbps), Fast Ethernet (100 Mbps), Gigabit Ethernet (1 Gbps), 10 Gigabit Ethernet và cao hơn (10/40/100 Gbps)

 

Ethernet Tiêu chuẩn Tốc độ Phạm vi tối đa Tần số hỗ trợ Ứng dụng
Truyền thống 10 Base-T 10 Mbps 100m (CAT3) 10 MHz Mạng văn phòng cũ
Fast 100 Base-TX 100 Mbps 100m (CAT5e) 100 MHz Văn phòng nhỏ
Gigabit 1000 Base-T 1 Gbps 100m (CAT5e /CAT6) 250 MHz Gia đình, doanh nghiệp
10 Gigabit 10 GBase-T 10 Gbps 100m (CAT6A) 500 MHz Trung tâm dữ liệu, doanh nghiệp lớn
40/100 Gbps 40/100 GBase-T 40-100 Gbps 30-40m (CAT8) 2 GHz Trung tâm dữ liệu lớn

 

3.2. Các thông số về điện của Ethernet

Mạng Ethernet bình thường, không tích hợp PoE, chỉ truyền tín hiệu dữ liệu qua cáp xoắn đôi (UTP hoặc STP). Các thông số kỹ thuật điện quan trọng bao gồm:

 

Thông số Giá trị điển hình Ý nghĩa
Điện áp tín hiệu ± 2.5V (trung bình) Điện áp giữa các cặp dây truyền và nhận dữ liệu.
Dòng tín hiệu 0.05 - 0.1A Cường độ dòng điện truyền tải tín hiệu qua cáp Ethernet.
Điện trở cáp 100 Ohm ± 15% Điện trở xoắn đôi giúp tối ưu hóa tín hiệu và giảm nhiễu.
Tần số hoạt động 100 MHz - 2000 MHz (tùy chuẩn CAT) Xác định khả năng truyền dữ liệu ở tốc độ cao.
Độ suy hao tín hiệu (Attenuation) 22dB/100m (ở tần số 100 MHz với CAT 5e) Giảm tín hiệu khi truyền qua khoảng cách xa.
Nhiễu xuyên âm (Crosstalk) -40 dB (NEXT - Near End Crosstalk, với CAT 5e) Mức độ nhiễu giữa các cặp dây trong cùng một cáp.

 

4. Cáp mạng Ethernet CAT

Cáp Ethernet được phân loại theo chuẩn CAT (Category), biểu thị khả năng truyền tải dữ liệu và các thông số điện của chúng. Dưới đây là một số chuẩn CAT phổ biến của cáp mạng:

 

Loại cáp Tần số hỗ trợ Điện áp tối đa Tốc độ tối đa Phạm vi tối đa Đặc điểm
CAT5 100 MHz 50V 100 Mbps 100m Không hỗ trợ Gigabit
CAT5e 100 MHz 50V 1 Gbps 100m Phổ biến nhất hiện nay
CAT6 250 MHz 50V 10 Gbps 100m Chống nhiễu tốt hơn CAT5e
CAT6A 500 MHz 50V 10 Gbps 100m Lý tưởng cho mạng tốc độ cao
CAT7 600 MHz 50V 40 Gbps 100m Cáp chống nhiễu cao cấp
CAT8 2 GHz 50V 40-100 Gbps 30m Dành cho trung tâm dữ liệu

 

Ethernet thường sử dụng các loại cáp xoắn bốn đôi dây bằng chất lượng đồng:

  • Cáp UTP (Unshielded Twisted Pair): Dùng cặp dây xoắn đôi để giảm nhiễu từ môi trường.
  • Cáp STP/FTP (Shielded Twisted Pair/Foiled Twisted Pair): Có lớp bảo vệ giúp giảm nhiễu tốt hơn, phù hợp với môi trường công nghiệp.

cau-truc-cap-UTP-STP-FTP

Cấu trúc ba loại cáp UTP, STP, FTP

5. Đầu nối RJ45

Mạng Ethernet kết nối giao tiếp giữa cáp và thiết bị bằng chuẩn RJ45 (dùng cho cáp xoắn) hoặc một số chuẩn khác dùng cho cáp quang.

Đầu nối RJ45 Conector cho cáp mạng Ethernet

RJ45 là gì?

RJ45 (Registered Jack 45) là một chuẩn đầu nối cáp phổ biến trong mạng Ethernet, được sử dụng để kết nối cáp xoắn đôi (UTP/STP) với các thiết bị như switch, router, hoặc máy tính. RJ45 là một phần quan trọng trong giao tiếp vật lý của mạng Ethernet.

Cấu tạo của đầu RJ45: RJ45 có thiết kế với 8 chân (pins), tương ứng với 4 cặp dây xoắn đôi bên trong cáp Ethernet. Các chân này được đánh số từ 1 đến 8 và kết nối theo tiêu chuẩn T568A hoặc T568B.

Dữ liệu được truyền qua các cặp dây Tx và Rx dưới dạng tín hiệu điện dao động giữa các mức điện áp (0V và 2.5V).

 

Pin Chức năng (Ethernet thông thường) Chức năng (PoE)
Pin 1 Truyền dữ liệu (Tx+) Truyền dữ liệu + cấp nguồn
Pin 2 Truyền dữ liệu (Tx-) Truyền dữ liệu + cấp nguồn
Pin 3 Nhận dữ liệu (Rx+) Truyền dữ liệu + cấp nguồn
Pin 4 Nhận dữ liệu (Rx-) Truyền dữ liệu + cấp nguồn
Pin 5 Không sử dụng Cấp nguồn +
Pin 6 Không sử dụng Cấp nguồn +
Pin 7 Không sử dụng Cấp nguồn -
Pin 8 Không sử dụng Cấp nguồn -



RJ45 hỗ trợ các tiêu chuẩn kết nối dây như T568AT568B, đảm bảo thứ tự màu cáp phù hợp để duy trì tín hiệu. Có hai kiểu kết nối:

  • Kết nối thẳng (Straight-through): Dùng để kết nối các thiết bị khác loại, ví dụ: máy tính với switch.
  • Kết nối chéo (Crossover): Dùng để kết nối các thiết bị cùng loại, ví dụ: máy tính với máy tính.

Tiêu chuẩn kết nối dây T568A và T568B

Tiêu chuẩn bấm cápT568A và T568B

6. Nguy cơ từ sét đánh đối với mạng Ethernet

Tác động của sét hoặc quá áp có thể gây hỏng cáp mạng, switch, router hoặc thiết bị kết nối khác. Các tác động bao gồm:

  • Hỏng thiết bị: Sét hoặc quá áp có thể phá hủy router, switch hoặc card mạng.
  • Gián đoạn truyền tải: Tăng điện áp đột ngột gây mất kết nối, giảm hiệu suất mạng.

xem thêm: Sét là gì, sét tác động như thế nào ?

Các biện pháp bảo vệ:

7. Tổng kết và khuyến nghị

Ethernet cung cấp giải pháp mạng ổn định với nhiều tiêu chuẩn phù hợp cho từng ứng dụng. Tuy nhiên, để đảm bảo hiệu suất và độ bền, cần xem xét các yếu tố kỹ thuật như tần số, điện áp, và khả năng bảo vệ khỏi nguy cơ sét đánh. Khuyến nghị:

  • Lựa chọn thiết bị phù hợp: Sử dụng cáp Ethernet đạt chuẩn và hỗ trợ tốc độ mong muốn.
  • Bảo vệ mạng khỏi sét và quá áp: Lắp đặt hệ thống chống sét có thông số và chất lượng phù hợp với mạng Ethernet ở các vị trí cần thiết.
  • Kiểm tra các thông số kỹ thuật: Đảm bảo cáp và thiết bị phù hợp với tần số, điện áp của hệ thống.

Nếu quý khách đang quan tâm đến các hệ thống chống sét lan truyền bảo vệ cho hệ thống mạng máy tính, phòng sever đảm bảo an toàn và hiệu quả, hoặc cần tham khảo thêm về việc chọn sản phẩm chống sét phù hợp thì đừng ngần ngại liên hệ với chúng tôi, đội ngũ chuyên gia của Công ty chống sét TAEC sẽ sẵn sàng hỗ trợ bạn miễn phí.

Sonv-ThyAn


Tham khảo bài liên quan:

Other news

Thursday,23/05/2024
Lightning protection involves using technical measures and systems to protect people, property, and infrastructure from the harmful effects of lightning. This system helps minimize the risk of damage caused by direct lightning strikes or induced surges.
Tuesday,04/06/2024
Alongside lightning rods that protect structures, transient surge protection plays a crucial role in protecting internal electrical and electronic devices.
Monday,27/05/2024
Learn about the lightning protection system (LPS): definition, purpose, types, and detailed installation guide to protect buildings and equipment from lightning damage.
Saturday,13/05/2023
Lightning rod is a common name used to refer to a system installed on the top of a building or on a high pole, consisting of one or more metal rods with pointed ends connected to ground conductors for protection. for structures, buildings and objects below from being struck by lightning.
Thursday,05/12/2024
RS communication systems (RS232, RS422, RS485) are often deployed in industrial and commercial environments where there is a high risk of lightning and electrical interference.
Tuesday,26/11/2024
RS232, RS422, RS485 are popular serial communication protocols, they play an important role in connecting control, measuring and monitoring devices.
Monday,25/11/2024
Fipway is an industrial communication standard developed by Schneider Electric, designed to provide useful information about the status of installed equipment, to optimize uptime and operational efficiency.
Friday,22/11/2024
The 4-20mA signal is a form of current signal commonly used in the field of industrial control and measurement to transmit data between devices, such as sensors and controllers.
Wednesday,16/10/2024
Trong lĩnh vực công nghệ, điện tử và viễn thông, việc truyền tải thông tin giữa các thiết bị là một yếu tố vô cùng quan trọng. Để thực hiện việc này, hệ thống sử dụng tín hiệu và chuẩn truyền thông
Tuesday,06/12/2022
The surge protection selection must be done following the local electrical code requirements (e.g. : minimum rating for In) and specific conditions (e.g. : high lightning density).