5.1.1 Fizikai réteg
Kábelnek eleinte koaxiális vezetéket használtak. Az ezzel a kábeltípussal szerelt hálózatok sérülékenyek, ráadásul a hiba helyének meghatározása nehézkes. A csavart érpáras vezetőt alkalmazó elrendezésben a számítógépek egy központi egységhez külön kábellel csatlakoznak, így a rendszer fizikailag csillag topológiát valósít meg. Ezt a sémát 10Base-T-nek nevezik, ahol a 10-es szám a maximális 10 MB/s átviteli sebességre, a Base szó pedig az alapsávi átvitelre utal, azaz az adatot nem ültetik rá egy hordozó jelre, úgynevezett vivőfrekvenciára. A T betű a csavart érpáras vezetékre utal. A központi egység lehet elosztó (hub), vagy kapcsoló (switch).
A felhasznált kábel 4 sodrott érpárt tartalmaz, ebből egyet az adásra egyet pedig a vételre használnak fel, így duplex átvitel valósul meg. A központi egység és az egyes számítógépek között kategóriától függően 100 méteres (CAT 3), illetve 200 méteres (CAT 5) vezeték használható. A távolság 10Base-F fénykábel esetén 1 km is lehet. Nagyobb távolságok áthidalásakor a jelet a csillapítás és zaj miatt helyre kell állítani. Ezt a feladatot végzik el az ismétlők (repeater), amik a jelregeneráláson kívül a jelet erősítik és továbbítják. Az ismétlőkkel áthidalt távolság nem lehet nagyobb 2,5 km-nél, és maximum 4 ismétlőt lehet alkalmazni.
Az ismétlők teljes egészében a fizikai rétegben működnek, azaz a szegmensekből álló hálózat úgy működik, mintha egyetlen kábel lenne (a kapcsolók, és elosztók feladataik jelentős részét az adatkapcsolati rétegben valósítják meg).
Az Ethernet–hálózatok mindegyike használ valamilyen bináris kódolást.
Ha a logikai 0-nak és 1-nek egyszerűen feszültségszintek felelnének meg, előfordulhatna, hogy az adó és a vevő órajelének eltérése miatt az adó által küldött adatot a vevő rosszul értelmezné. Azért, hogy elkerüljék a hálózat számítógépeinek szinkronból való kiesését, a 10Base-T rendszereknél az úgynevezett Manchester-kódolást használják (37. ábra). Ennek segítségével a jelből egyértelműen eldönthető, hogy mikor kezdődik és ér véget egy bit átvitele. A módszer lényege, hogy a bit átviteli idejét két egyenlő intervallumra osztják. A logikai 1-et az első rész magas feszültségszintje valamint a második rész alacsony feszültségszintje jelzi. A logikai 0 esetén az első rész alacsony, míg a második magas feszültségszintű. A kódolás hátránya, hogy dupla sávszélességet igényel, viszont a vevő minden „bitidőben” szinkronban van az adóval.
A kábelen nagy frekvenciás -0,85 V, és +0,85 V nagyságú jel terjed, ami a kábel végeinél ha nem megfelelő ellenállást érzékel visszaverődik, így állóhullámok keletkeznek. Az állóhullám a vezetéken jelerősödéseket, és csillapodásokat okoz, vagyis az eredeti értékes jelet átalakítja. A leggyakrabban alkalmazott CAT 5-ös kábel hullámimpedanciája 100 Ω. Az állóhullámok abban az esetben nem alakulnak ki, ha a kábel hullámimpedanciája és a csatlakozókártya bemeneti impedanciája egyenlő, azaz kábel 100 Ω-os ellenállással van a végeinél lezárva.
Sodrott érpárok esetén az úgynevezett RJ 45-ös csatlakozót használják (39. ábra). A csatlakozó bekötése attól függ, hogy a kábel közvetlenül a csillagpont képző eszközbe (crosslink), vagy a környezetben lévő csatlakozó aljzatba kerül (patch).
Fényvezető kábelek esetén az iparban a leggyakrabban az FSMA csatlakozót használják, ami menettel kapcsolódik az aljzathoz, így a csillapítás nagyobb, mint más csatlakozóké.
Gyors Ethernet
A fénykábelek alkalmazásával megteremtődött a lehetősége nagyobb sebességű Ethernet hálózatok kialakításának. Ennek eredményeként megszületett az IEEE 802.3u szabvány kiegészítés, elterjedt nevén a gyors Ethernet. A szabvány közegként a 3-as kategóriájú kábelt (100Base-T4) is elfogadja. Az 5-ös kategóriájú kábel (100Base-TX) jobb minőségű átviteli jellemzői miatt egyszerűbben valósítja meg a duplex átvitelt. Mindkét típus 100 m-es áthidalható távolságot engedélyez maximálisan, és 100Base-T néven hivatkoznak rájuk. A 100Base-FX elrendezés multi-módusú fényvezető szálat használ. Az áthidalható maximális távolság 2 km lehet, 100 Mb/s átviteli sebesség és duplex adatátvitel mellett. A 100Base-T elrendezés megengedi az elosztók és kapcsolók használatát is, a 100Base-FX kizárólag a kapcsolók használatát támogatja.
A 100Base-T4 esetén a kisebb sávszélesség miatt, a 100 Mbit/s sebesség eléréséhez órajelenként 4 bitet továbbítanak. A négy vezetékpárból egyet az adatok küldésére, egyet az adatok fogadására alkalmaznak, a maradék két érpár pedig az aktuális adatirányba kapcsolható. Az adó az adatokat három vezetékpáron továbbítja, három feszültségszint segítségével (Multi Level Transmission, MLT-3). Ez azt jelenti, hogy a három vezeték és a három feszültségszint segítségével 33 = 27 db jel továbbítható. Ez lehetőséget nyújt négy bit (24 = 16 db jel) továbbítására. A négy bitnek megfelelő jelalakot átkódolják egy három értékből álló (0, 1, 2) kóddá.
A 100Base-TX esetén szintén háromállapotú jelet használnak, a nullákat és egyeseket az NRZI (Non Return to Zero, Inverted) kódolással állítják elő. Ennél a kódolásnál a logikai 1-et a feszültségátmenet jelzi. Az átmenet hiány a logikai 0-nak felel meg.
Gigabites Ethernet
Még 1995-ben a Villamosmérnökök Egyesülete kiadta az IEEE 802.3z szabványt, ami elterjedt neve a gigabites Ethernet. A név a maximális 1000 Mb/s átviteli sebességre utal. Ez a sebesség 5-ös kategóriájú UTP kábel esetén a biztonságos átvitelhez mind a 4 érpárt felhasználják, így a 100 m távolság az adó, és vevő mögött megmaradhat. 550 m áthidalható távolságot enged meg az 1000Base-SX elrendezés, ahol multi-módusú 50 m vagy 62,5 m magátmérőjű fényvezető szálat alkalmaznak. Nagyobb távolságot az 1000Base-LX rendszerben mono-módusú vagy multi-módusú fényvezető szállal hidalnak át.
A fényvezető szálakban a 8 bites adatokat 10 biten kódolják, a módszer emiatt kapta a 8B/10B elnevezést. A kódolás szerint minden egyes adatbájthoz 10 bit, azaz 210=1024 lehetséges kód tartozik. A felhasznált kódszavakat úgy választják ki, hogy egyetlen kódban se legyen négy egymást követő azonos bit, illetve nem lehet benne hat darabnál több 0, vagy 1. A megoldás a sűrű jelváltás miatt biztosítja, hogy az adó, és a vevő szinkronban maradjon. Minden kódszóban a 0-ák, és 1-esek száma kiegyenlített, így az optikai-villamos átalakítás után a jel egyenáramú komponense minimális marad. A kódolás magában hordozza a redundanciát, azaz egy adat bájthoz két kód is tartozhat. Ilyenkor a kódoló áramkör mindig azt a kódot választja, ami a már elküldött adatokban lévő kiegyenlítettlenséget csökkenti. Az 1 ns-os fény impulzusokat lézer állítja elő (LED nem képes ekkora sebességre), ami növeli a telepítés költségeit, de ipari alkalmazása amúgy se jellemző.
Az 1000Base-T esetén öt feszültségszinttel kódolják a jelet. A négy sodrott érpáron párhuzamosan viszik át a szimbólumokat. Az öt feszültségszint által megjelenített szimbólumok a 00, 01, 10, 11, valamint egy további vezérlési célokra alkalmas szimbólum. Így tulajdonképpen egy órajel alatt nyolc bitet visznek át egyszerre. Az átvitel jellege ilyen megoldással fél-duplex.