Gigabit ethernet là gì? Cơ chế hoạt động của Gigabit ethernet

Trên thực tế, Gigabit Ethernet đã trở thành một tiêu chuẩn mạng thông dụng và được sử dụng rộng rãi trong các môi trường công nghiệp, doanh nghiệp và gia đình. Nó mang lại hiệu suất cao, độ tin cậy và khả năng mở rộng cho mạng, đáp ứng nhu cầu truyền thông mạng ngày càng tăng của chúng ta. Cùng Việt Tuấn tìm hiểu thêm về gigabit ethernet trong bài viết ngay sau đây nhé. 

1. Gigabit ethernet là gì?

Gigabit Ethernet (GbE) là một công nghệ truyền dẫn dựa trên định dạng khung và giao thức Ethernet được sử dụng trong các mạng khu vực cục bộ (LAN), cung cấp tốc độ truyền dữ liệu lên đến 1 tỷ bit mỗi giây, tương đương 1 gigabit (Gb). Gigabit Ethernet được định nghĩa trong tiêu chuẩn 802.3 của Viện Kỹ thuật Điện và Điện tử (IEEE) và hiện đang được sử dụng như một trục chính trong nhiều mạng doanh nghiệp.

Gigabit Ethernet kết nối các máy tính và máy chủ trong các mạng cục bộ. Cải tiến về tốc độ truyền dữ liệu và cáp kết nối đã thúc đẩy nhiều doanh nghiệp thay thế Fast Ethernet bằng Gigabit Ethernet cho mạng cáp kết nối cục bộ.

Gigabit Ethernet được truyền qua sợi quang hoặc dây đồng. Các mạng LAN Ethernet hiện có với các thẻ 10 megabit mỗi giây và 100 Mbps có thể kết nối vào trục chính Gigabit Ethernet.

Các tiêu chuẩn mới hơn như 10 GbE, một tiêu chuẩn mạng nhanh hơn 10 lần so với Gigabit Ethernet, cũng đang nổi lên. Hiện nay, các trung tâm dữ liệu và doanh nghiệp có nhiều tùy chọn tốc độ Gigabit Ethernet, bao gồm 10 GbE, 20 GbE, 40 GbE và 100 GbE cho việc chuyển đổi cốt lõi.

Tìm hiểu thêm về băng thông: Băng thông là gì? Tìm hiểu về băng thông mạng (Bandwidth)

2. Cơ chế hoạt động của Gigabit ethernet

Mạng Gigabit Ethernet có thể hoạt động như mạng half duplex cho phương tiện chia sẻ hoặc như các switch Ethernet  với mạng full duplex chuyển mạch.

Gigabit Ethernet sử dụng cấu trúc khung 802.3 giống như Ethernet tiêu chuẩn. Nó hỗ trợ tốc độ 1 gigabit mỗi giây (Gbps) bằng cách sử dụng phương pháp Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect (CSMA/CD). CSMA/CD xử lý các truyền tải sau khi đã xảy ra va chạm. Tốc độ truyền có thể làm cho các gói dữ liệu giao nhau khi hai thiết bị trên cùng mạng Ethernet cố gắng truyền dữ liệu cùng một lúc. CSMA/CD phát hiện và loại bỏ các gói dữ liệu bị va chạm.

Tốc độ Gigabit Ethernet được đạt thông qua cáp đồng hoặc cáp quang. Cáp quang được sử dụng cho việc truyền xa hơn 300 mét. Tuy nhiên, các cáp Ethernet truyền thống có thể truyền dữ liệu với tốc độ gigabit trên khoảng cách ngắn hơn, đặc biệt là cáp Cat5e hoặc cao hơn, hoặc tiêu chuẩn cáp 1000Base-T và cao hơn. Ví dụ, cáp Cat5e bao gồm bốn cặp tám sợi xoắn đôi trong một cáp duy nhất.

3. Tốc độ hoạt động của Gigabit ethernet

Do các yếu tố như phí giao thức mạng hoặc lỗi tạm thời khác, thiết bị không thể đạt tốc độ truyền dữ liệu đầy đủ là 1 Gbps (125 MBps).

Tuy nhiên, trong điều kiện bình thường, việc truyền dữ liệu hiệu quả qua cáp vẫn có thể đạt tới 900 Mbps trong một khoảng thời gian ngắn.

Trên máy tính cá nhân, hiệu suất kết nối Gigabit Ethernet có thể bị hạn chế bởi ổ cứng. Các ổ cứng truyền thống quay ở tốc độ từ 5400 đến 9600 vòng/phút, chỉ có thể xử lý tốc độ truyền dữ liệu từ 25 đến 100 megabyte mỗi giây.

Cuối cùng, một số bộ định tuyến gia đình với cổng Gigabit Ethernet có thể có CPU không đủ xử lý để hỗ trợ truyền dữ liệu với tốc độ đầy đủ của kết nối mạng. Khi có nhiều thiết bị khách và lưu lượng mạng đồng thời, bộ xử lý của bộ định tuyến có ít khả năng hỗ trợ tốc độ truyền tối đa qua bất kỳ kết nối cụ thể nào.

Ngoài ra, yếu tố băng thông cũng giới hạn kết nối. Ngay cả khi một mạng gia đình có thể đạt được tốc độ tải xuống 1 Gbps, việc có hai kết nối cùng lúc sẽ làm giảm một nửa băng thông có sẵn cho cả hai thiết bị. Điều này cũng áp dụng cho bất kỳ số lượng thiết bị đồng thời nào, ví dụ như năm thiết bị chia sẻ 1 Gbps thành năm phần (200 Mbps mỗi thiết bị).

Cùng tìm hiểu thêm bài viết: Tốc độ mạng bao nhiêu là nhanh? Cách đo tốc độ mạng

4. Các loại tiêu chuẩn Gigabit ethernet phổ biến hiện nay 

Gigabit Ethernet được triển khai trong các tiêu chuẩn lớp vật lý cáp khác nhau, bao gồm các tiêu chuẩn sau:

1000Base-CX: Tiêu chuẩn này được sử dụng cho các kết nối lên đến 25m, sử dụng cáp twinaxial cân bằng hoặc cáp đôi xoắn che chắn (STP).

1000Base-SX: Tiêu chuẩn này được sử dụng cho các kết nối lên đến 220m, sử dụng cáp quang cho truyền thông sóng ngắn.

1000Base-LX: Tiêu chuẩn này được sử dụng cho các kết nối với khoảng cách tối đa 5km, sử dụng cáp quang.

1000Base-T: Tiêu chuẩn này được sử dụng cho các kết nối lên đến 100m, sử dụng cáp đồng không che chắn (UTP) với Cat5, Cat5e, Cat6 và Cat7.

1000BASE-T1: Tiêu chuẩn này được sử dụng cho các kết nối lên đến 15m, sử dụng cáp đồng loại che chắn (STP).

1000BASE-TX: Tiêu chuẩn này, tương tự như 1000Base-T, được sử dụng cho các kết nối lên đến 100m. Nó sử dụng cáp đồng không che chắn (UTP). Tuy nhiên, tiêu chuẩn này không nhận được nhiều sự công nhận do chi phí và yêu cầu cáp Cat6 và Cat7.

1000BASE-KX. Tiêu chuẩn này được sử dụng cho các kết nối lên đến 1m, sử dụng cáp loại UTP.

5. Lợi ích của Gigabit ethernet 

Gigabit Ethernet mang lại những lợi ích sau đây:

Đáng tin cậy: Các cáp quang sử dụng trong một số dịch vụ internet gigabit làm cho mạng mạnh mẽ và đáng tin cậy hơn so với cáp đồng truyền thống.

Tốc độ cao: Tốc độ truyền dữ liệu 1 Gbps đủ để đáp ứng hầu hết các ứng dụng trực tuyến ngày nay.

Độ trễ thấp hơn: Tỷ lệ độ trễ giảm từ 5 đến 20 mili giây.

Truyền và xem dữ liệu video: Gigabit Ethernet cho phép truyền phát mượt mà các nội dung video 4K với tốc độ khung hình cao.

Hỗ trợ đa người dùng: Kết nối internet tốc độ cao có thể chia thành nhiều tác vụ để hỗ trợ đồng thời nhiều thiết bị.

6. Cách nhận biết thiết bị có hỗ trợ Gigabit ethernet

Để nhận biết xem một thiết bị có hỗ trợ Gigabit Ethernet hay không, thường không thể đơn giản dựa vào việc nhìn vào thiết bị vật lý. Các thiết bị mạng có thể cung cấp cổng kết nối RJ-45 giống nhau, dù có hỗ trợ kết nối 10/100 (Nhanh) hay 10/100/1000 (Gigabit).

Thông tin về các tiêu chuẩn mà cáp mạng hỗ trợ thường được đóng dấu trên cáp. Những dấu hiệu này có thể giúp xác định xem cáp có khả năng hoạt động ở tốc độ Gigabit Ethernet hay không, nhưng không cho biết liệu mạng đã được cấu hình để chạy ở tốc độ đó hay không.

Để kiểm tra tốc độ kết nối mạng Ethernet đang hoạt động, bạn có thể tìm và mở cài đặt kết nối trên thiết bị khách. Ví dụ, trên Microsoft Windows, bạn có thể truy cập Trung tâm Mạng và Chia sẻ> Thay đổi cài đặt bộ điều hợp (có thể truy cập qua Bảng điều khiển) để nhấp chuột phải vào một kết nối và xem trạng thái của nó, bao gồm tốc độ.

Tìm hiểu 7. Kết nối thiết bị chậm với Gigabit ethernet có làm thay đổi tốc độ?

Nếu thiết bị của bạn chỉ hỗ trợ Ethernet 100 Mbps và bạn cắm nó vào cổng có khả năng Gigabit, thì kết nối sẽ hoạt động nhưng với tốc độ thấp hơn. Điều này có nghĩa là bạn có thể kết nối thiết bị chậm với mạng nhanh, nhưng tốc độ truyền dữ liệu sẽ chỉ đạt tối đa là 100 Mbps, tốc độ tối đa mà thiết bị của bạn hỗ trợ. Tương tự, nếu bạn kết nối một thiết bị có khả năng Gigabit vào mạng chậm hơn, nó sẽ hoạt động với tốc độ của mạng chậm hơn đó.

Các thiết bị Gigabit Ethernet thường có khả năng tương thích ngược với các thiết bị Ethernet chậm hơn như 100 Mbps và 10 Mbps. Điều này đảm bảo rằng bạn có thể kết nối các thiết bị này với nhau và hoạt động ở tốc độ tối đa mà thiết bị chậm hơn có thể đạt được. Tuy nhiên, để tận dụng tối đa tốc độ Gigabit Ethernet, cả hai thiết bị trong kết nối cần hỗ trợ Gigabit Ethernet.

Bạn có thể tham khảo: QoS là gì? Hoạt động và cách điều chỉnh băng thông qua QoS

8. Tìm hiểu về lịch sử của ethernet và sự ra đời của gigabit ethernet

Ethernet, là một trong những công nghệ mạng LAN phổ biến nhất, đã được giới thiệu vào năm 1973 và đã trải qua sự phát triển qua các năm:

Vào năm 1995, Fast Ethernet được giới thiệu và trong suốt ba năm sau đó, nó là phiên bản Ethernet nhanh nhất. Fast Ethernet được thiết kế để truyền dữ liệu với tốc độ 100 Mbps.

Vào năm 1998, ba năm sau khi Fast Ethernet được giới thiệu, Gigabit Ethernet được IEEE giới thiệu nhằm thay thế Fast Ethernet. Nó cung cấp tốc độ truyền dữ liệu 1 Gb và ban đầu yêu cầu sử dụng cáp quang.

Vào năm 1999, một tiêu chuẩn mới được thông qua cho phép sử dụng cáp UTP Cat5, Cat5e hoặc Cat6. Điều này được gọi là 1000Base-T.

Vào năm 2002, 10GbE được giới thiệu.

Vào năm 2004, các tiêu chuẩn 1000BASE-LX10 và 1000BASE-BX10 được thêm vào.

Vào năm 2010, một tiêu chuẩn cho 40 GbE và 100 GbE được giới thiệu để hỗ trợ kết nối điểm cuối và liên kết.

Vào năm 2013, IEEE công bố kết quả từ Nhóm nghiên cứu Ethernet cho tiêu chuẩn 400GbE.

Vào năm 2017, IEEE chính thức thông qua 200 GbE và 400 GbE, tốc độ gấp đôi và gấp bốn lần so với 100 GbE.

Lộ trình công nghệ của Ethernet Alliance dự kiến tốc độ Ethernet từ 800 Gbps đến 1,6 terabits mỗi giây sẽ trở thành tiêu chuẩn IEEE từ năm 2023 đến 2025.

Tạm kết 

Với tốc độ truyền dữ liệu cao và khả năng hỗ trợ lưu lượng mạng lớn, Gigabit Ethernet đã trở thành một công nghệ quan trọng trong viễn thông và mạng máy tính. Nó cho phép truyền dữ liệu video, âm thanh, hình ảnh và các dữ liệu khác một cách nhanh chóng và ổn định, hỗ trợ các ứng dụng đòi hỏi băng thông cao như truyền phát truyền hình, trò chơi trực tuyến, ảo hóa mạng và truyền dữ liệu lớn.