Как можно передавать информацию параллельно

Последовательная и параллельная передача.

Ограничения на передачу сигнала и информационная емкость канала.

Каналы связи имеют ограниченную пропускную способность. Она связана с его полосой пропускания и соотношением сигнал/шум в канале.
Первым фактором, определяющим количество информации, которая может быть передана по каналу, является максимальная скорость передачи сигнала, поддерживаемая этим каналом связи.

Наличие изменения в сигнале может рассматриваться как сигнализирующее событие вне зависимости от природы сигнала (аналогового или цифрового).

Для широкополосных систем изменение одной частоты или амплитуды на другую свидетельствует о сигнализирующем событии.

Таким образом, максимальная скорость передачи сигналов, поддерживаемая каналом, эквивалентна максимальной скорости передачи в бодах, поддерживаемых этим каналом связи.

На уровне физических сигналов вместо битовой скорости (бит/сек) оперируют понятием изменения сигнала в линии, измеряемой в бодах. Под ней понимается число изменений различных состояний линии за единицу времени.

В 1924 г. Гарольд Найквист (Bell Telephone Laboratories) открыл зависимость между полосой пропускания канала связи и его максимальной скоростью передачи в бодах.

Скорость в бодах не может превышать полосу пропускания канала более чем вдвое, т.е. для телефонной лини с полосой пропускания 3000 Гц, скорость передачи в бодах не может быть выше, чем 6000 бод.

Во многих схемах кодирования каждый переход сигнала в канале соответствует передаче бита от передатчика (Tx) к приемнику (Rx). Тогда скорость в бодах и битах совпадает (1 бит за один бод).

Другие схемы кодирования (для аналоговой и цифровой) могут передать более одного бита в течение одного сигнализирующего события (несколько бит за один бод). В них скорость в битах будет больше скорости в бодах.

Такие схемы классифицируются в терминах, характеризующих количество бит информации, переданных за каждый переход сигнала.

Последовательная и параллельная передача.

При параллельной передаче все линии используются для передачи данных, кроме одной, зарезервированной для передачи синхросигнала между отправителем и получателем. Биты передаются через линии одновременно с большой скоростью, но это преимущество нейтрализуется явлением, называемым перекосом шины или рассогласованием, при котором устройство реагирует на распространяемый сигнал не одинаково. Т.к. каждая линия канала связи имеет свои электрические характеристики, биты данных в каждом канале могут вести себя по-разному. Тогда биты, помещенные источником в канал, имея разную относительную скорость достигнут приемника в разное время. Этот эффект усиливается с расстоянием, поэтому параллельные имеют ограничение по длине.

Побитная синхронизация.

Rx (приемник) должен четко знать, когда нужно обратиться к линии, чтобы снять бит. Проблема решается использованием синхронизирующих устройств (генераторов) на каждом конце линии. Генератор передатчика задает темп передачи бит в линию. Генератор получателя определяет темп, с которым он должен опрашивать линию.

Если генератор передатчика должен выдавать в линию 100 бит/сек, то он настраивается на такую скорость и на ходе получателя тогда биты будут появляться каждую 1/100 сек. Если генератор получателя тоже настроен на 100 бит/сек, то получатель будет опрашивать линию 100 раз в сек.
Получатель обычно опрашивает состояние линии в течение очень короткого времени, чтобы определить находится линия в состоянии 1 или 0. При опросе линии во время перехода от 1 к 0 или наоборот возникает неоднозначность. Лучшей точкой для опроса является положение в центре бита и получатель может найти его, используя переход 1-0 или 0-1 в качестве опорной точки. Получатель может запустить его на одном из этих переходов, подождать половину времени длительности бита и затем опросить состояние линии. Стробирование (опрос) линии выполняется через интервал времени, равный длительности одного бита. Если генераторы Tx и Rx работают с одинаковой частотой, то биты будут опрашиваться в «правильные» моменты времени. При расхождении генераторов возможны ошибки распознания бит. Обычно генераторы всегда будут расходиться в частотах, поэтому необходима постоянная их синхронизация через определенные промежутки времени.
Есть некоторые системы, в которых сигналы синхронизации передаются по линиям вместе с данными, так что получатель может выделить синхроимпульсы, которые точно совпадают с синхроимпульсами самого источника.

Существует два способа синхронизации передатчика и приемника:

– Основывается на явной синхронизации при обмене информацией. Это синхронная передача. Она означает, что передатчик и приемник синхронизируются от одного источника. Приемник работает при этом синхронно с передатчиком (с фазовым сдвигом, обусловленным временем распространения сигнала). Синхросигнал либо передается по отдельной линии связи, либо встроен в основной сигнал с помощью самосинхронизирующего кодирования. При синхропередаче передатчик постоянно активен. Он непрерывно посылает битовую последовательность если не полезных данных, то некоторого заполнителя.

– Основывается на неявной синхронизации взаимодействующих устройств. Это асинхронная передача, т.е. передатчик и приемник не пользуются общим источником синхронизации. Передача очередной порции может быть начата в любой момент времени и время прохождения соседних блоков данных между передатчиком и приемником может быть разным.

Источник

Параллельная передача данных

При параллельной передаче данных несколько бит информации одновременно передается от передатчика к приемнику. Параллельная передача данных организуется путем группировки в шины отдельных проводников. Количество одновременно передаваемых бит информации определяет разрядность шины и ее пропускную способность.

В случае, если шина подразумевает подключение нескольких устройств, она снабжается буферными элементами, увеличивающими ее нагрузочную способность.

Распространенные параллельные интерфейсы:

ISA, PCI, IDE, SCSI, LPT

Последовательные интерфейсы

Последовательные интерфейсы могут решать как задачи внешней по от­ношению к проектируемому устройству связи (Internet), так и внутренней связи (Ethernet). Если принято проектное решение об использовании в сис­теме последовательных интерфейсов, то встает вопрос о выборе типа стан­дартного интерфейса или проектировании нетипового. Нетиповой после­довательный интерфейс можно рассматривать как частный случай проек­тирования устройства связи системных магистралей двух процессоров по совокупности линий связи, количество которых существенно меньше, чем разрядность процессора с обменом в последовательных кодах. В этом случае можно применять вышеприведенный подход. Но целесообразность такой раз­работки должна иметь очень весомые аргументы. Современная электронная промышленность предлагает широкий спектр комплектующих, в том числе и с высокой степенью интеграции, для реализации стандартных последова­тельных интерфейсов с различными протоколами обмена.

Каждый стандартный интерфейс характеризуется набором параметров, которые называют программными (определяют правила обмена пачками импульсов — фреймами) и аппаратными (определяют правила электриче­ских сопряжений) протоколами.

Функции протокола определяют его служебное назначение и соответст­вие требованиям ТЗ. Их количество и качество напрямую связано со стоимо­стью и сложностью программно-технической реализации интерфейса и его свойствами.

Уровни протоколов. Физический уровень определяет количество линий связи; тип линии связи по физическому носителю информации (электриче­ский ток, свет и т. п.); уровни сигналов носителя информации; уровень пита­ния линии связи; требования к каналу (шине) передачи информации (витая пара, коаксиальный кабель и т. п.); наличие и тип гальванической развяз­ки; максимальное расстояние между узлами сети; скорость обмена данными.

Транспортный уровень определяет: типы фреймов, их назначение и их состав (пачки импульсов, содержащие, в том числе, и сообщение); способ выде­ления фреймов; схему обмена (синхронный, асинхронный, симплексный, по­лудуплексный, дуплексный); способ доступа к шине; схему арбитража запро­сов узлов; способ выявления ошибок в сообщении и их исправления или обо­значения; способ элегантной деградации сети при ее частичном разрушении.

Объектный уровень определяет способ, а иногда и средства фильтрации сообщений; способ и/или схему обработки сообщений и состояний в фрей­мах; правила дешифрации фреймов; способ логического и аппаратного со­гласования схемы шины и схемы узла.

Рассмотрим основные характеристики некоторых распространенных ин­терфейсов.

Интерфейс RS-232c. Основные параметры стандарта RS-232c: количест­во линий связи — 4 (возможно 3 и 2); длина линий связи (до 15 м); тактовые частоты приемника и передатчика одинаковы, допустимое отклонение — 10%; скорость передачи — 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19 200, 38 400, 57 600, 115 200 бит/с (bps). Уровни сигналов, определяющие логиче­ские состояния, представлены в табл. 19.

При отсутствии обмена линия находится в состоянии «1». Семантика сиг­налов RS-232c: FG — экранирование, TxD — передаваемые данные, RxD —

Уровни сигналов логического состояния RS-232c

принимаемые данные, RTS — запрос передачи, CTS — сброс для передачи, DSR — готовность данных, SG — нулевой провод (обнаружение несущей дан­ных), DTR — готовность выходных данных, RI — индикатор вызова. При удаленной связи обычно используют только сигналы TxD, RxD, SG, FG и соответствующие им линии: TxD, RxD — витая пара проводов, FG — экран пары, SG — общий (нулевой) провод.

Интерфейс RS-485. Основные параметры стандарта RS-485: количество проводов в линии — 4 и общий (R — линия передачи данных, D — линия передачи данных, RE — линия управления передачей, DE — линия управле­ния приемом); тип кабеля — витая пара с экраном; длина линии до 1200 м; выходное напряжение передатчика без нагрузки — ±1,5. 1,6 В; выходное напряжение передатчика на нагрузку в 5 Ом — ±1,5. 1,6 В; ток короткого замыкания на общий провод не менее 250 мА; синфазное напряжение на вы­ходе передатчика 1. +3 В; синфазное напряжение на входе приемника —

—7 + 11 В; чувствительность приемника — ±0,2 В; входное сопротивление

приемника— более 12кОм; максимальная скорость передачи— 10 Мб/с; число приемников, нагружаемых на один передатчик — 32; уровень напря­жения линии в пассивном состоянии — 5 В; архитектура обмена — иерархи­ческая; количество полей фрейма — 3; разрядность поля данных — 8.

Передача полезного сигнала осуществляется изменением направления протекания тока («1» — в прямом направлении, «0» — в обратном). В неак­тивном состоянии передатчик переводится в третье состояние с высоким уров­нем. Не следует использовать экран в качестве общего провода.

Стандарт EIA RS-485 определяет только электрические и физические характеристики интерфейса. Программная реализация определяется поль­зователем. В частности можно применять протоколы обмена и программные драйверы интерфейса RS-232c.

Интерфейс USB. USB — универсальная последовательная шина (Univer­sal Serial Bus), обладающая следующими показателями:

■ последовательная передача данных;

■ высокая скорость обмена данными до 480 Мбит/с;

■ наличие линии питания интерфейсных сигналов (5 В, 500 мА);

■ поддержка функции автоматического определения внешнего устройства при подключении (plug — & — play);

■ возможность подключения к шине при включенном питании (hot plug);

■ расширяемость USB-порта до 127 устройств с помощью специального устройства — размножителя (hub) с архитектурой типа «многоуровневая звезда»;

■ наличие электронных компонентов, интегрирующих как физический, так и логический уровни;

■ поддержка большинством популярных операционных систем.

ИнтерфейсSPI. SPI (Serial Peripheral Interfase) использует четырехпро­водные линии связи для одновременного приема и передачи данных. Другие параметры физического уровня определяются прежде всего техническими характеристиками процессоров, с которыми взаимодействует интерфейс. Транспортный уровень характеризуется следующей семантикой сигналов: SDO — передаваемые данные, SDI — принимаемые данные, SCK — синхро­низация последовательных данных, SS — управление передатчиком ведо­мого узла, прочие параметры имеют свободную интерпретацию.

ИнтерфейсыUART. Интерфейсы UART (USART) — это общее название устройств асинхронного последовательного обмена данными (USART — син­хронно-асинхронного) по двухпроводным линиям. Например, контроллер RS-232c также является UART. Технические характеристики уровней про­токолов UART определяются архитектурой и схемотехникой, принятой из­готовителем контроллера интерфейса. Интерфейсы UART широко применя­ются в микропроцессорах, имеют развитую схемотехнику и часто за счет проблемно-ориентированного программного обеспечения позволяют эффек­тивно решать задачи обмена.

Интерфейс «токовая петля»

Интерфейс «токовая петля» используется для передачи информации с 1950-х годов. Первоначально в нем использовался ток 60 мА [Current]; позже, с 1962 года, получил распространение интерфейс с током 20 мА, преимущественно в телетайпных аппаратах. В 1980-х годах начала широко применяться «токовая петля» 4. 20 мА в разнообразном технологическом оборудовании, датчиках и исполнительных устройствах средств автоматики. Популярность «токовой петли» начала падать после появления стандарта на интерфейс RS-485 (1983 г.) и в настоящее время в новом оборудовании она практически не применяется.

В передатчике «токовой петли» используется не источник напряжения, как в интерфейсе RS-485, а источник тока. По определению, ток, вытекающий из источника тока, не зависит от параметров нагрузки. Поэтому в «токовой петле» протекает ток, не зависящий от сопротивления кабеля , сопротивления нагрузки и э. д. с. индуктивной помехи (рис. 2.10), а также от напряжения питания источника тока (см рис. 2.11). Ток в петле может измениться только вследствие утечек кабеля, которые очень малы.

Это свойство токовой петли является основным и определяет все варианты ее применения. Емкостная наводка , э. д. с. которой приложена не последовательно с источником тока, а параллельно ему, не может быть ослаблена в «токовой петле» и для ее подавления следует использовать экранирование (подробнее о борьбе с помехами см. раздел 3).

Рис. 2.10. Принцип действия «токовой петли»

В качестве линии передачи обычно используется экранированная витая пара, которая совместно с дифференциальным приемником позволяет ослабить индуктивную и синфазную помеху.

На приемном конце ток петли преобразуется в напряжение с помощью калиброванного сопротивления . При токе 20 мА для получения стандартного напряжения 2,5 В, 5 В или 10 В используют резистор сопротивлением 125 Ом, 250 Ом или 500 Ом соответственно.

Основным недостатком «токовой петли» является ее принципиально низкое быстродействие, которое ограничивается скоростью заряда емкости кабеля от источника тока. Например, при типовой погонной емкости кабеля 75 пФ/м и длине 1 км емкость кабеля составит 75 нФ. Для заряда такой емкости от источника тока 20 мА до напряжения 5 В необходимо время 19 мкс, что соответствует скорости передачи около 9 кбит/с. На рис. 2.12 приведены зависимости максимальной скорости передачи от длины кабеля при разных уровнях искажений (дрожания), который оценивался также, как и для интерфейса RS-485 [Optically].

Вторым недостатком «токовой петли», ограничивающим ее практическое применение, является отсутствие стандарта на конструктивное исполнение разъемов и электрические параметры, хотя фактически стали общепринятыми диапазоны токовых сигналов 0. 20 мА и 4. 20 мА; гораздо реже используют 0. 60 мА. В перспективных разработках рекомендуется использовать только диапазон 4. 20 мА, как обеспечивающий возможность диагностики обрыва линии (см. раздел «Аппаратное резервирование»).

Интерфейс «токовая петля» распространен в двух версиях: цифровой и аналоговой.

Аналоговая «токовая петля»

а)

б)

Рис. 2.11. Два варианта построения аналоговой «токовой петли»: со встроенным в передатчик источником питания (а) и выносным (б)

Аналоговая версия «токовой петли» используется, как правило, для передачи сигналов от разнообразных датчиков к контроллеру или от контроллера к исполнительным устройствам. Применение «токовой петли» в данном случае дает два преимущества. Во-первых, приведение диапазона изменения измеряемой величины к стандартному диапазону обеспечивает взаимозаменяемость компонентов. Во-вторых, становится возможным передать сигнал на большое расстояние с высокой точностью (погрешность «токовой петли» может быть снижена до ±0,05%). Кроме того, стандарт «токовая петля» поддерживается подавляющим большинством производителей средств промышленной автоматизации.

В варианте «4. 20 мА» в качестве начала отсчета принят ток 4 мА. Это позволяет производить диагностику целостности кабеля (кабель имеет разрыв, если ток равен нулю) в отличие от варианта «0. 20 мА», где величина «0 мА» может означать не только нулевую величину сигнала, но и обрыв кабеля. Вторым преимуществом уровня отсчета 4 мА является возможность подачи энергии датчику для его питания.

Цифровая «токовая тепля»

Цифровая «токовая петля» используется обычно в версии «0. 20 мА», поскольку она реализуется гораздо проще, чем «4. 20 мА» (рис. 2.13). Поскольку при цифровой передаче данных точность передачи логических уровней роли не играет, можно использовать источник тока с не очень большим внутренним сопротивлением и низкой точностью. Так, на рис. 2.13 при стандартном значении напряжения питания =24 В и падении напряжения на входе приемника 0,8 В для получения тока 20 мА сопротивление должно быть равно примерно 1,2 кОм. Сопротивление кабеля сечением 0,35 кв. мм и длиной 1 км равно 97 Ом, что составит всего 10% от общего сопротивления петли и им можно пренебречь. Падение напряжения на диоде оптрона составляет 3,3% от напряжения источника питания, и его влиянием на ток в петле также можно пренебречь. Поэтому с достаточной для практики точностью можно считать, что передатчик в этой схеме является источником тока.

Рис. 2.13. Принцип реализации цифровой «токовой петли»

Как аналоговая, так и цифровая «токовая петля» может использоваться для передачи информации нескольким приемникам одновременно (рис. 2.14). Вследствие низкой скорости передачи информации по «токовой петле» согласование длинной линии с передатчиком и приемником не требуется.

«Токовая петля» нашла свое «второе рождение» в протоколе HART.

Источник

Последовательная и параллельная передача данных

Я нарисовал два рисунка, иллюстрирующих эти виды передачи данных:

1. Последовательная передача данных

2. Параллельная передача данных
Здесь нумерованные квадратики изображают биты данных. Передача данных производится слева направо. Линия связи изображена в разрезе (серым цветом изображена изоляция от внешней среды и между каналами): на первом рисунке линия связи с одним каналом, на втором рисунке — линия связи с четырьмя каналами. Число четыре в данном случае ничего особенного не означает, каналов (как и входящих битов) может быть и больше, и меньше.

На первый взгляд кажется, что в компьютерных сетях нужно выбирать параллельную передачу данных, так как параллельная передача данных должна быть быстрее, чем последовательная (на вышеприведенных рисунках — в 4 раза, за счет большего числа каналов).

Однако, на практике в подавляющем большинстве случаев для прокладки компьютерных сетей выбирают последовательную передачу данных.

Во-первых, очевидно, линия связи с одним каналом дешевле линии связи с несколькими параллельными каналами за счет меньшего количества материала, потраченного на ее изготовление. Кроме этого, линия связи с одним каналом занимает меньше места, чем линия связи с несколькими каналами.

Во-вторых, в случае параллельных каналов требуется обеспечить их работу с одинаковой скоростью, в противном случае на выходе изначальный порядок бит перепутается и данные будут повреждены. Это тоже дополнительные трудности, которые отсутствуют в случае последовательной передачи данных.

В-третьих, параллельные каналы создают помехи работе друг друга. Это так называемые «перекрестные помехи», связанные с электромагнитным влиянием параллельных каналов друг на друга.

Источник

Физика Ethernet для самых маленьких

Если не знаешь ответов на эти вопросы, а читать стандарты и серьезную литературу по теме лень — прошу под кат.

Кто-то считает, что это очевидные вещи, другие скажут, что скучная и ненужная теория. Тем не менее на собеседованиях периодически можно услышать подобные вопросы. Мое мнение: о том, о чем ниже пойдет речь, нужно знать всем, кому приходится брать в руки «обжимку» 8P8C (этот разъем обычно ошибочно называют RJ-45). На академическую глубину не претендую, воздержусь от формул и таблиц, так же за бортом оставим линейное кодирование. Речь пойдет в основном о медных проводах, не об оптике, т.к. они шире распространены в быту.

Технология Ethernet описывает сразу два нижних уровня модели OSI. Физический и канальный. Дальше будем говорить только о физическом, т.е. о том, как передаются биты между двумя соседними устройствами.

Технология Ethernet — часть богатого наследия исследовательского центра Xerox PARC. Ранние версии Ethernet использовали в качестве среды передачи коаксиальный кабель, но со временем он был полностью вытеснен оптоволокном и витой парой. Однако важно понимать, что применение коаксиального кабеля во многом определило принципы работы Ethernet. Дело в том, что коаксиальный кабель — разделяемая среда передачи. Важная особенность разделяемой среды: ее могут использовать одновременно несколько интерфейсов, но передавать в каждый момент времени должен только один. С помощью коаксиального кабеля можно соединит не только 2 компьютера между собой, но и более двух, без применения активного оборудования. Такая топология называется шина. Однако если хотябы два узла на одной шине начнут одновременно передавать информацию, то их сигналы наложатся друг на друга и приемники других узлов ничего не разберут. Такая ситуация называется коллизией, а часть сети, узлы в которой конкурируют за общую среду передачи — доменом коллизий. Для того чтоб распознать коллизию, передающий узел постоянно наблюдает за сигналов в среде и если собственный передаваемый сигнал отличается от наблюдаемого — фиксируется коллизия. В этом случае все узлы перестают передавать и возобновляют передачу через случайный промежуток времени.

Диаметр коллизионного домена и минимальный размер кадра

Теперь давайте представим, что будет, если в сети, изображенной на рисунке, узлы A и С одновременно начнут передачу, но успеют ее закончить раньше, чем примут сигнал друг друга. Это возможно, при достаточно коротком передаваемом сообщении и достаточно длинном кабеле, ведь как нам известно из школьной программы, скорость распространения любых сигналов в лучшем случае составляет C=3*10 8 м/с. Т.к. каждый из передающих узлов примет встречный сигнал только после того, как уже закончит передавать свое сообщение — факт того, что произошла коллизия не будет установлен ни одним из них, а значит повторной передачи кадров не будет. Зато узел B на входе получит сумму сигналов и не сможет корректно принять ни один из них. Для того, чтоб такой ситуации не произошло необходимо ограничить размер домена коллизий и минимальный размер кадра. Не трудно догадаться, что эти величины прямо пропорциональны друг другу. В случае же если объем передаваемой информации не дотягивает до минимального кадра, то его увеличивают за счет специального поля pad, название которого можно перевести как заполнитель.

Таким образом чем больше потенциальный размер сегмента сети, тем больше накладных расходов уходит на передачу порций данных маленького размера. Разработчикам технологии Ethernet пришлось искать золотую середину между двумя этими параметрами, и минимальным размером кадра была установлена величина 64 байта.

Витая пара и дуплексный режим рабты

Витая пара в качестве среды передачи отличается от коаксиального кабеля тем, что может соединять только два узла и использует разделенные среды для передачи информации в разных направлениях. Одна пара используется для передачи (1,2 контакты, как правило оранжевый и бело-оранжевый провода) и одна пара для приема (3,6 контакты, как правило зеленый и бело-зеленый провода). На активном сетевом оборудовании наоборот. Не трудно заметить, что пропущена центральная пара контактов: 4, 5. Эту пару специально оставили свободной, если в ту же розетку вставить RJ11, то он займет как раз свободные контакты. Таким образом можно использовать один кабели и одну розетку, для LAN и, например, телефона. Пары в кабеле выбраны таким образом, чтоб свести к минимуму взаимное влияние сигналов друг на друга и улучшить качество связи. Провода одной пару свиты между собой для того, чтоб влияние внешних помех на оба провода в паре было примерно одинаковым.
Для соединения двух однотипных устройств, к примеру двух компьютеров, используется так называемый кроссовер-кабель(crossover), в котором одна пара соединяет контакты 1,2 одной стороны и 3,6 другой, а вторая наоборот: 3,6 контакты одной стороны и 1,2 другой. Это нужно для того, чтоб соединить приемник с передатчиком, если использовать прямой кабель, то получится приемник-приемник, передатчик-передатчик. Хотя сейчас это имеет значение только если работать с каким-то архаичным оборудованием, т.к. почти всё современное оборудование поддерживает Auto-MDIX — технология позволяющая интерфейсу автоматически определять на какой паре прием, а на какой передача.

Возникает вопрос: откуда берется ограничение на длину сегмента у Ethernet по витой паре, если нет разделяемой среды? Всё дело в том, первые сети построенные на витой паре использовали концентраторы. Концентратор (иначе говоря многовходовый повторитель) — устройство имеющее несколько портов Ethernet и транслирующее полученный пакет во все порты кроме того, с которого этот пакет пришел. Таким образом если концентратор начинал принимать сигналы сразу с двух портов, то он не знал, что транслировать в остальные порты, это была коллизия. То же касалось и первых Ethernet-сетей использующих оптику (10Base-FL).

Зачем же тогда использовать 4х-парный кабель, если из 4х пар используются только две? Резонный вопрос, и вот несколько причин для того, чтобы делать это:

Не смотря на это на практике часто используют 2х-парный кабель, подключают сразу 2 компьютера по одному 4х-парному, либо используют свободные пары для подключения телефона.

Gigabit Ethernet

В отличии от своих предшественников Gigabit Ethernet всегда использует для передачи одновременно все 4 пары. Причем сразу в двух направлениях. Кроме того информация кодируется не двумя уровнями как обычно (0 и 1), а четырьмя (00,01,10,11). Т.е. уровень напряжения в каждый конкретный момент кодирует не один, а сразу два бита. Это сделано для того, чтоб снизить частоту модуляции с 250 МГц до 125 МГц. Кроме того добавлен пятый уровень, для создания избыточности кода. Он делает возможной коррекцию ошибок на приеме. Такой вид кодирования называется пятиуровневым импульсно-амплитудным кодированием (PAM-5). Кроме того, для того, чтоб использовать все пары одновременно для приема и передачи сетевой адаптер вычитает из общего сигнала собственный переданный сигнал, чтоб получить сигнал переданный другой стороной. Таким образом реализуется полнодуплексный режим по одному каналу.

Дальше — больше

10 Gigabit Ethernet уже во всю используется провайдерами, но в SOHO сегменте не применяется, т.к. судя по всему там вполне хватает Gigabit Ethernet. 10GBE качестве среды распространения использует одно- и многомодовое волокно, с или без уплотнением по длине волны, медные кабели с разъемом InfiniBand а так же витую пару в стандарте 10GBASE-T или IEEE 802.3an-2006.

40-гигабитный Ethernet (или 40GbE) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE). Разработка этих стандартов была закончена в июле 2010 года. В настоящий момент ведущие производители сетевого оборудования, такие как Cisco, Juniper Networks и Huawei уже заняты разработкой и выпуском первых маршрутизаторов поддерживающих эти технологии.

В заключении стоит упомянуть о перспективной технологии Terabit Ethernet. Боб Меткалф, создатель предположил, что технология будет разработана к 2015 году, и так же сказал:

Чтобы реализовать Ethernet 1 ТБит/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию с частотой 15 ГГц. Для будущей сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые лазеры, в общем, все новое

UPD: Спасибо хабраюзеру Nickel3000, что подсказал, про то что разъем, который я всю жизнь называл RJ45 на самом деле 8P8C.
UPD2:: Спасибо пользователю Wott, что объяснил, почему используются контакты 1,2,3 и 6.

Источник