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Ethernet sobre par trenzado

Cable de par trenzado estándar utilizable para la mayoría de los tipos comunes de Ethernet. Enchufe 8P8C Las tecnologías Ethernet sobre par trenzado utilizan cables de par trenz...

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Cable de par trenzado estándar utilizable para la mayoría de los tipos comunes de Ethernet.
Enchufe 8P8C

Las tecnologías Ethernet sobre par trenzado utilizan cables de par trenzado para la capa física de una red informática Ethernet . Son un subconjunto de todas las capas físicas de Ethernet .

Las primeras versiones de Ethernet utilizaban distintos tipos de cable coaxial , pero en 1984, StarLAN demostró el potencial del simple par trenzado sin blindaje . Esto condujo al desarrollo de 10BASE-T y sus sucesores 100BASE-TX , 1000BASE-T , 10GBASE-T y 40GBASE-T , que soportaban velocidades de 10 y 100 megabits por segundo , y posteriormente de 1, 10 y 40 gigabits por segundo, respectivamente. [ a ]  

Ethernet sobre un par trenzado simple , conocido como Ethernet de par único ( SPE ), ha entrado en uso comercial. Dos nuevas variantes de Ethernet de 10 megabits por segundo sobre un par trenzado simple, conocidas como 10BASE-T1S y 10BASE-T1L , fueron estandarizadas en IEEE Std 802.3cg-2019. [ 2 ] 10BASE-T1S tiene sus orígenes en la industria automotriz y puede ser útil en otras aplicaciones de corta distancia donde hay un ruido eléctrico sustancial. [ 3 ] 10BASE-T1L es un Ethernet de larga distancia, que admite conexiones de hasta 1  km de longitud. Ambos estándares están encontrando aplicaciones en la implementación del Internet de las cosas . 10BASE-T1S es un competidor directo de CAN  XL en el sector automotriz e incluye un esquema de prevención de colisiones a nivel físico (PLCA). [ 4 ]

Los estándares anteriores utilizan conectores modulares 8P8C [ b ] y los estándares de cable compatibles abarcan desde la Categoría  3 hasta la Categoría 8. Estos cables suelen tener cuatro pares de hilos para cada conexión, aunque el Ethernet inicial solo utilizaba dos pares. A diferencia de los estándares -T anteriores , las interfaces -T1 se diseñaron para operar sobre un único par de conductores e introdujeron el uso de dos nuevos conectores denominados IEC 63171-1 [ 5 ] e IEC 63171-6 [ 6 ] .

Historia

Los dos primeros diseños de redes de par trenzado fueron StarLAN , estandarizado por la IEEE Standards Association como IEEE 802.3e en 1986, a un megabit por segundo, [ 7 ] y LattisNet , desarrollado en enero de 1987, a 10  megabits por segundo. [ 8 ] [ 9 ] Ambos se desarrollaron antes del estándar 10BASE-T (publicado en 1990 como IEEE 802.3i ) y utilizaban señalización diferente, por lo que no eran directamente compatibles con él. [ 10 ]

En 1988, AT&T lanzó StarLAN  10, llamado así por funcionar a 10 Mbit/s . [ 11 ] La  señalización de StarLAN 10 se utilizó como base de 10BASE-T, con la adición de latido de enlace para indicar rápidamente el estado de la conexión. [ c ]

El uso de cableado de par trenzado en una topología en estrella solucionó varias deficiencias de los estándares Ethernet anteriores:

  • Los cables de par trenzado ya se utilizaban para el servicio telefónico y ya estaban presentes en muchos edificios de oficinas, lo que redujo el coste total de la instalación.
  • La topología de estrella centralizada ya se utilizaba con frecuencia para el cableado de servicios telefónicos, a diferencia de la topología de bus que requerían los estándares Ethernet anteriores.
  • El uso de enlaces punto a punto era menos propenso a fallos y simplificaba enormemente la resolución de problemas en comparación con un bus compartido.
  • Sustituir los concentradores repetidores baratos por concentradores de conmutación más avanzados proporcionó una vía de actualización viable.
  • La combinación de diferentes velocidades en una misma red se hizo posible con la llegada de Fast Ethernet .
  • Dependiendo de la calidad del cable , la actualización posterior a Gigabit Ethernet o velocidades superiores podría realizarse reemplazando los conmutadores de red.

Aunque 10BASE-T rara vez se utiliza como velocidad de señalización de funcionamiento normal en la actualidad, todavía se usa ampliamente con controladores de interfaz de red en modo de apagado Wake-on-LAN y para aplicaciones especiales de bajo consumo y ancho de banda reducido. 10BASE-T aún es compatible con la mayoría de los puertos Ethernet de par trenzado con velocidades de hasta Gigabit Ethernet .

Nomenclatura

Los nombres comunes de los estándares derivan de aspectos del medio físico. El número inicial ( 10 en 10BASE-T) se refiere a la velocidad de transmisión en Mbit/s. BASE indica que se utiliza transmisión en banda base . La T designa cable de par trenzado. Cuando existen varios estándares para la misma velocidad de transmisión , se distinguen mediante una letra o un dígito después de la T, como TX o T4 , que se refieren al método de codificación y al número de carriles. [ 13 ]

Cableado

Posicionamiento de los pines del conector modular 8P8C

La mayoría de los cables Ethernet tienen conexiones directas (pin 1 con pin 1, pin 2 con pin 2, etc.). En algunos casos, puede ser necesario el formato cruzado (recepción a transmisión y transmisión a recepción).

Un cable Ethernet puede estar cableado según el estándar de terminación T568A o T568B en ambos extremos. Dado que estos estándares solo difieren en que intercambian las posiciones de los pares 2 y 3 ( los únicos pares utilizados por los estándares 10BASE-T y 100BASE-TX, antes comunes) , un cable con cableado T568A en un extremo y T568B en el otro funciona como un cable cruzado para los estándares más antiguos de dos pares.  

Un host 10BASE-T o 100BASE-TX normalmente utiliza un cableado de conector denominado interfaz dependiente del medio ( MDI ), transmitiendo por los pines 1 y 2 y recibiendo por los pines 3 y 6. Un nodo de infraestructura (como un hub o un switch ) normalmente utiliza la configuración de cableado complementaria, denominada MDI-X , donde la X significa " cruzado" . MDI-X simplemente invierte los pares, transmitiendo por los pines 3 y 6 y recibiendo por los pines 1 y 2. Estos puertos se conectan mediante un cable directo, de modo que cada transmisor se comunica con el receptor en el otro extremo del cable. (El Ethernet moderno de par trenzado utiliza los cuatro pares de forma diferente, y la distinción MDI-X no se aplica).

Los equipos más recientes suelen poder alternar automáticamente entre configuraciones MDI y MDI-X según sea necesario, lo que evita la necesidad de cables cruzados y la selección manual. Sin embargo, en la configuración convencional, cuando se necesitan conectar dos nodos con el mismo tipo de puerto (fijo), se requiere un cable cruzado. Si ambos dispositivos que se conectan son compatibles con 1000BASE-T, se conectarán independientemente de si se utiliza un cable directo o cruzado. [ 14 ]

Un transmisor 10BASE-T envía dos voltajes diferenciales  , +2,5 V o −2,5  V. Un transmisor 100BASE-TX envía tres voltajes diferenciales, +1  V, 0  V o −1  V. [ 15 ] A diferencia de los estándares Ethernet anteriores que utilizaban banda ancha y cable coaxial , como 10BASE5 (thicknet) y 10BASE2 (thinnet), 10BASE-T no especifica el tipo exacto de cableado que se debe usar, sino que especifica ciertas características que un cable debe cumplir. Esto se hizo anticipándose al uso de 10BASE-T en sistemas de cableado de par trenzado existentes que no se ajustaban a ningún estándar de cableado especificado. Algunas de las características especificadas son la atenuación , la impedancia característica , el retardo de propagación y varios tipos de diafonía . Hay probadores de cables ampliamente disponibles para verificar estos parámetros y determinar si un cable se puede usar con 10BASE-T. Se espera que estas características se cumplan con 100 metros de cable de par trenzado sin blindaje de calibre 24. Sin embargo, con cableado de alta calidad, a menudo se pueden lograr tendidos de cable confiables de 150 metros o más, y los técnicos familiarizados con la especificación 10BASE-T lo consideran viable.

100BASE-TX sigue los mismos patrones de cableado que 10BASE-T, pero es más sensible a la calidad y la longitud del cable, debido a las mayores velocidades de transmisión de bits .

1000BASE-T utiliza los cuatro pares bidireccionalmente mediante circuitos híbridos y canceladores . [ 16 ] Los datos se codifican mediante 4D-PAM5; cuatro dimensiones mediante modulación de amplitud de pulso (PAM) con cinco voltajes : −2  V, −1  V, 0  V, +1  V y +2  V. [ 17 ] Si bien puede aparecer un voltaje de +2  V a −2  V en los pines del controlador de línea, el voltaje en el cable es nominalmente +1  V, +0,5  V, 0  V, −0,5  V y −1  V. [ 18 ]

Tanto 100BASE-TX como 1000BASE-T fueron diseñados para requerir un cable de categoría 5 como mínimo y también especifican una longitud máxima de cable de 100 metros (330 pies) . 

Cable compartido

10BASE-T y 100BASE-TX requieren solo dos pares (pines 1-2, 3-6) para funcionar. Dado que el cable común de Categoría 5 tiene cuatro pares, es posible usar los pares sobrantes (pines 4-5, 7-8) en configuraciones de 10 y 100 Mbit/s para otros fines. Los pares sobrantes pueden usarse para alimentación a través de Ethernet (PoE), para dos líneas de servicio telefónico básico (POTS) o para una segunda conexión 10BASE-T o 100BASE-TX. En la práctica, se debe tener mucho cuidado al separar estos pares, ya que el equipo Ethernet de 10/100 Mbit/s termina eléctricamente los pines no utilizados ("Terminación Bob Smith"). [ 19 ] El cable compartido no es una opción para Gigabit Ethernet, ya que 1000BASE-T requiere los cuatro pares para funcionar.

Par único

Además de las variantes de dos y cuatro pares más orientadas a la informática, las capas físicas Ethernet de par único ( SPE ) 10BASE-T1 , [ 20 ] 100BASE-T1 [ 21 ] y 1000BASE-T1 [ 22 ] están destinadas a aplicaciones automotrices , IoT y M2M [ 23 ] o como canales de datos opcionales en otras aplicaciones de interconexión. [ 24 ] Las distancias que opera un par único en dúplex completo dependen de la velocidad: 1000 m (1 km) con 802.3cg-2019 10BASE-T1L; 15 m (49 pies) con 100BASE-T1 (segmento de enlace tipo A); hasta 40 m (130 pies) usando 1000BASE-T1 segmento de enlace tipo B con hasta cuatro conectores en línea. Ambas capas físicas requieren un par trenzado balanceado con una impedancia de 100 Ω. El cable debe ser capaz de transmitir 600 MHz para 1000BASE-T1 y 66 MHz para 100BASE-T1. 2,5 Gbit/s, 5 Gbit/s y 10 Gbit/s sobre un par único de 15 m están estandarizados en 802.3ch-2020. [ 25 ] En junio de 2023, 802.3cy añadió velocidades de 25 Gbit/s en longitudes de hasta 11 m. [ 26 ]                 

De forma similar a PoE, Power over Data Lines (PoDL) puede proporcionar hasta 50  W a un dispositivo. [ 27 ]

Conectores

Cable Cat 6A con un conector M12X en un extremo y un conector modular en el otro.
  • Conector modular 8P8C : Para usos estacionarios en entornos controlados, desde hogares hasta centros de datos , este es el conector predominante. Su frágil pestaña de bloqueo limita su idoneidad y durabilidad. Se han definido anchos de banda compatibles con cableado Cat 8 para este formato de conector.
  • M12X: Este es el conector M12 para Ethernet, estandarizado según la norma IEC 61076-2-109. Se trata de un  tornillo metálico de 12 mm que aloja cuatro pares de pines blindados. Su ancho de banda nominal es de 500  MHz (Cat 6A). Esta familia de conectores se utiliza en entornos química y mecánicamente exigentes, como la automatización industrial y el transporte. Su tamaño es similar al del conector modular.
  • Ethernet de par único define sus propios conectores:
    • IEC 63171-1 LC : [ 5 ] Este es un conector de 2 pines con una pestaña de bloqueo similar a la del conector modular, aunque más gruesa.
    • IEC 63171-6 industrial : [ 6 ] Esta norma define cinco conectores de 2 pines que difieren en sus mecanismos de bloqueo, y un conector de 4 pines con pines dedicados para alimentación. Los mecanismos de bloqueo varían desde una lengüeta de bloqueo metálica hasta conectores M8 y M12 con bloqueo de tornillo o de empuje-tracción. El conector de 4 pines solo se define con bloqueo de tornillo M8.

Autonegociación y dúplex

Los estándares Ethernet sobre par trenzado hasta Gigabit Ethernet definen la comunicación tanto dúplex completo como semidúplex . Sin embargo, ningún hardware existente admite la operación semidúplex para velocidad gigabit. [ 28 ] [ 29 ] Los estándares de mayor velocidad, 2.5GBASE-T hasta 40GBASE-T [ 30 ] que funcionan a 2,5 a 40 Gbit/s , definen en consecuencia solo enlaces punto a punto dúplex completo que generalmente se conectan mediante conmutadores de red y no admiten la operación tradicional de medio compartido CSMA/CD . [ 31 ]

Existen diversos modos de operación (10BASE-T semidúplex, 10BASE-T dúplex completo, 100BASE-TX semidúplex, etc.) para Ethernet sobre par trenzado , y la mayoría de los adaptadores de red son compatibles con diferentes modos de operación. Se requiere la autonegociación para establecer una conexión 1000BASE-T funcional.

Cuando dos interfaces vinculadas se configuran en modos dúplex diferentes , esta discrepancia provoca que la red funcione mucho más lentamente que su velocidad nominal. Esta discrepancia puede producirse inadvertidamente cuando un administrador configura una interfaz en modo fijo (por ejemplo, 100 Mbit/s dúplex completo) y no configura la interfaz remota, dejándola en modo de autonegociación. En ese caso, si el proceso de autonegociación falla, el lado de la interfaz que se encuentra en autonegociación adopta el modo semidúplex.

Variantes

Comparación de tecnologías Ethernet basadas en pares trenzados

  1. 1 2 Velocidad de transferencia = carriles × bits por hercio × ancho de banda espectral
  2. 1 2 Bits efectivos por segundo por hercio por carril después de la pérdida por sobrecarga de codificación
  3. 1 2 El ancho de banda espectral es la velocidad máxima a la que la señal completará un ciclo. Normalmente es la mitad de la velocidad de símbolos , porque se puede enviar un símbolo tanto en los picos positivos como negativos del ciclo. Las excepciones son 10BASE-T, donde es igual porque usa el código Manchester , y 100BASE-TX, donde es un cuarto porque usa la codificación MLT-3 .
  4. 1 2 Con longitudes de cable más cortas, es posible utilizar cables de menor calidad que los requeridos para 100 m. Por ejemplo, es posible utilizar 10GBASE-T en uncable Cat 6  de 55 m o menos. Asimismo, se espera que 5GBASE-T funcione con Cat 5e en la mayoría de los casos.
  5. ↑ 15 m para enlaces punto a punto, 25 m para segmentos de mezcla/multitoma

Véase también

Notas

  1. ↑ Generalmente, las implementaciones de mayor velocidad admiten los estándares de menor velocidad, lo que permite combinar diferentes generaciones de equipos; con la capacidad inclusiva designada 10/100 o 10/100/1000 para conexiones que admiten dichas combinaciones. [ 1 ] : 123
  2. ↑ El conector modular 8P8C a menudo se denomina RJ45 en referencia a un estándar de la industria telefónica .
  3. ↑ Al activar o desactivar link beat, varias tarjetas de interfaz de red de la época podían funcionar con StarLAN 10 o 10BASE-T. [ 12 ]
  4. 1 2 Los términos utilizados en las explicaciones de los estándares 568, punta y anillo , se refieren a tecnologías de comunicación más antiguas y equivalen a las partes positiva y negativa de las conexiones.

Referencias

  1. ^ Charles E. Spurgeon (2000). Ethernet: la guía definitiva . OReilly Media. ISBN 978-1-56592-660-8.
  2. ↑ "Especificaciones y parámetros de gestión de capas físicas para el funcionamiento a 10 Mb/s y la entrega de energía asociada a través de un único par de conductores balanceados" . IEEE 802.3. Archivado del original el 18 de marzo de 2020. 
  3. ↑ Fionn Hurley, Por qué 10BASE-T1S es el enlace Ethernet que faltaba para las comunicaciones automotrices , Analog Devices.
  4. ↑ Cena, Gianluca; Scanzio, Stefano; Valenzano, Adriano (26 de abril de 2023). Redes compuestas CAN XL-Ethernet para sistemas automotrices y de automatización de próxima generación . 19.ª Conferencia Internacional IEEE de 2023 sobre Sistemas de Comunicación de Fábrica (WFCS). IEEE. arXiv : 2306.09498 . doi : 10.1109/wfcs57264.2023.10144116 .
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  6. 1 2 IEC 63171-6:2020, Conectores para equipos eléctricos y electrónicos—Parte 6: Especificación detallada para conectores de 2 y 4 vías (datos/alimentación), blindados, libres y fijos para transmisión de alimentación y datos con frecuencias de hasta 600 MHz . Comisión Electrotécnica Internacional. 2020. 
  7. ↑ Urs von Burg (2001). El triunfo de Ethernet: comunidades tecnológicas y la batalla por el estándar LAN . Stanford University Press. pp. 175–176 , 255–256 . ISBN  978-0-8047-4095-1.
  8. ↑ Paula Musich (3 de agosto de 1987). "Usuario elogia el sistema SynOptic: LattisNet, un éxito en PDS" . Network World . Vol. 4, n.º 31, págs. 2, 39. Consultado el 10 de junio de 2011 .   
  9. ↑ WC Wise, Ph.D. (marzo de 1989). "Ayer, alguien me preguntó qué opino sobre LattisNet. Esto es lo que le dije en pocas palabras" . Revista CIO . Vol. 2, n.º 6, pág. 13. Consultado el 11 de junio de 2011 .   (Anuncio publicitario)
  10. ↑ Guía de mantenimiento y solución de problemas de red . Fluke Networks. 2002. pág. B-4. ISBN  1-58713-800-X.
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  16. ↑ IEEE 802.3 40.1.3 Funcionamiento de 1000BASE-T
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  20. ↑ IEEE 802.3cg-2019 Cláusula 146–147.
  21. ↑ Cláusula 96 de IEEE 802.3bw-2015.
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  • Cómo hacer un cable de red , un artículo instructivo de wikiHow.
  • Cómo crear tus propios cables Ethernet