Ethernet là gì - Tiêu chuẩn, Đặc điểm, CAT và Đầu nối RJ45

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

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 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)

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:

4. Cáp mạng Ethernet CAT

4.1. Chuẩn CAT 5/5e/6/6A/7/8 là gì?

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:

4.2. Cáp UTP, STP, FTP là gì?

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

• Cáp UTP (Unshielded Twisted Pair): là loại cáp xoắn đôi không có lớp bảo vệ chống nhiễu. Nó bao gồm nhiều cặp dây đồng xoắn với nhau để giảm nhiễu điện từ (EMI) tự nhiên trong quá trình truyền tín hiệu.
• Cáp STP (Shielded Twisted Pair): là loại cáp xoắn đôi có lớp bảo vệ chống nhiễu bằng lưới kim loại hoặc lớp lá chắn riêng biệt bao quanh từng cặp dây hoặc toàn bộ bó dây.
• Cáp FTP (Foiled Twisted Pair): là loại cáp xoắn đôi được bọc một lớp lá chắn nhôm mỏng bao quanh toàn bộ các cặp dây, giúp bảo vệ khỏi nhiễu điện từ ở mức trung bình.

Cấu trúc ba loại cáp UTP, STP, FTP

Bảng so sánh giữa các 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.

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).

RJ45 hỗ trợ các tiêu chuẩn kết nối dây như T568A và T568B, 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 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:

• Chống sét lan truyền: Lắp đặt thiết bị chống sét cho nguồn AC và thiết bị chống sét mạng lan để bảo vệ thiết bị.
• Cáp chống nhiễu: Sử dụng cáp có lớp bảo vệ chống nhiễu (shielded cables).
• Bảo vệ nguồn: Lắp đặt bộ lưu điện (UPS) tích hợp chống sét.

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:

• Tổng quan về Tín hiệu, Chuẩn Truyền thông
• Chuẩn truyền thông RS232, RS422, RS485 là gì?
• Bảo vệ chống sét đường tín hiệu RS232, RS422, RS485
• Chuẩn truyền thông Fipway là gì?
• Tín hiệu 4-20mA là gì?
• So sánh các thiết bị bảo vệ cho các đường truyền tín hiệu
• Ethernet là gì - Tiêu chuẩn, Đặc điểm, CAT và Đầu nối RJ45