En redes informáticas , Gigabit Ethernet ( GbE o 1 GigE ) es el término que se aplica a la transmisión de tramas Ethernet a una velocidad de un gigabit por segundo . La variante más popular, 1000BASE-T , está definida por el estándar IEEE 802.3ab . Comenzó a utilizarse en 1999 y ha reemplazado a Fast Ethernet en redes locales cableadas debido a su considerable mejora de velocidad con respecto a Fast Ethernet, así como al uso de cables y equipos que están ampliamente disponibles, son económicos y similares a los estándares anteriores. El primer estándar para 10 Gigabit Ethernet más rápido se aprobó en 2002. [1]
Ethernet fue el resultado de una investigación realizada en Xerox PARC a principios de los años 70 y, posteriormente, evolucionó hasta convertirse en un protocolo de capa física y de enlace ampliamente implementado. Fast Ethernet aumentó la velocidad de 10 a 100 megabits por segundo (Mbit/s). Gigabit Ethernet fue la siguiente iteración, que aumentó la velocidad a 1000 Mbit/s.
Inicialmente, Gigabit Ethernet se implementó en enlaces de redes troncales de alta capacidad (por ejemplo, en una red de campus de alta capacidad). En 2000 y 2001, Power Mac G4 y PowerBook G4 de Apple respectivamente fueron las primeras computadoras personales producidas en masa que incorporaron la conexión 1000BASE-T. [2] Rápidamente se convirtió en una característica incorporada en muchas otras computadoras.
Los enlaces GbE semidúplex conectados a través de concentradores repetidores eran parte de la especificación IEEE, [3] pero la especificación ya no se actualiza y se utiliza exclusivamente la operación full-duplex con conmutadores .
Hay cinco estándares de capa física para Gigabit Ethernet que utilizan fibra óptica (1000BASE-X), cable de par trenzado (1000BASE-T) o cable de cobre balanceado blindado (1000BASE-CX).
El estándar IEEE 802.3z incluye 1000BASE-SX para transmisión a través de fibra multimodo , 1000BASE-LX para transmisión a través de fibra monomodo y el casi obsoleto 1000BASE-CX para transmisión a través de cableado de cobre balanceado y blindado. Estos estándares utilizan codificación 8b/10b , que aumenta la velocidad de línea en un 25%, de 1000 Mbit/s a 1250 Mbit/s, para garantizar una señal balanceada de CC y permitir la recuperación del reloj. Luego, los símbolos se envían utilizando NRZ .
Los transceptores de fibra óptica se implementan con mayor frecuencia como módulos intercambiables por el usuario en formato SFP o GBIC en dispositivos más antiguos.
IEEE 802.3ab, que define el tipo de interfaz 1000BASE-T ampliamente utilizado, utiliza un esquema de codificación diferente para mantener la tasa de símbolos lo más baja posible, lo que permite la transmisión a través de par trenzado.
IEEE 802.3ap define el funcionamiento de Ethernet sobre placas base eléctricas a diferentes velocidades.
Posteriormente, a Ethernet en la Primera Milla se agregaron 1000BASE-LX10 y -BX10.
1000BASE-T (también conocido como IEEE 802.3ab) es un estándar para Gigabit Ethernet sobre cableado de par trenzado.
Se recomienda que cada segmento de red 1000BASE-T tenga una longitud máxima de 100 metros (330 pies), [5] [a] y debe utilizar cable de categoría 5 o superior (incluidos Cat 5e y Cat 6 ).
La autonegociación es un requisito para usar 1000BASE-T [6] según la Sección 28D.5 Extensiones requeridas para la Cláusula 40 (1000BASE-T) . [7] Al menos se debe negociar la fuente del reloj, ya que un punto final debe ser maestro y el otro punto final debe ser esclavo.
A diferencia de 10BASE-T y 100BASE-TX , 1000BASE-T utiliza cuatro carriles en los cuatro pares de cables para la transmisión simultánea en ambas direcciones mediante el uso de cancelación de eco con ecualización adaptativa llamada circuitos híbridos [8] (esto es como híbrido telefónico ) y modulación de amplitud de pulso de cinco niveles (PAM-5). La tasa de símbolos es idéntica a la de 100BASE-TX (125 megabaudios (MBd)) y la inmunidad al ruido de la señalización de cinco niveles también es idéntica a la de la señalización de tres niveles en 100BASE-TX, ya que 1000BASE-T utiliza modulación codificada en red de cuatro dimensiones (TCM) para lograr una ganancia de codificación de 6 dB en los cuatro pares.
Dado que la negociación se lleva a cabo en solo dos pares, si dos interfaces GbE se conectan a través de un cable con solo dos pares, las interfaces elegirán correctamente "gigabit" como el máximo común denominador (HCD), [ aclaración necesaria ] pero el enlace nunca se establecerá. La mayoría de los dispositivos físicos GbE tienen un registro específico para diagnosticar este comportamiento. Algunos controladores ofrecen una opción "Ethernet@Wirespeed" donde esta situación conduce a una conexión más lenta pero funcional. [9]
Los datos se transmiten a través de cuatro pares de cobre, ocho bits a la vez. Primero, ocho bits de datos se expanden en cuatro símbolos de tres bits a través de un procedimiento de codificación no trivial basado en un registro de desplazamiento de retroalimentación lineal ; esto es similar a lo que se hace en 100BASE-T2 , pero utiliza parámetros diferentes. Los símbolos de tres bits se asignan luego a niveles de voltaje que varían continuamente durante la transmisión. Un ejemplo de asignación es el siguiente:
La configuración automática MDI/MDI-X se especifica como una característica opcional en el estándar 1000BASE-T, [10] lo que significa que los cables directos a menudo funcionarán entre dos interfaces de nodo de red con capacidad GbE (ambas MDI) y entre dos interfaces de conmutador o concentrador (ambas MDI-X). Esta característica elimina la necesidad de cables cruzados , lo que hace que queden obsoletas las opciones de puerto de enlace ascendente frente a puerto normal y los conmutadores selectores manuales que se encuentran en muchos concentradores y conmutadores más antiguos y reduce en gran medida los errores de instalación.
Para ampliar y maximizar el uso del cableado Cat-5e y Cat-6 existente, los estándares más nuevos 2.5GBASE-T y 5GBASE-T funcionan a 2,5 y 5,0 Gbit/s, respectivamente, en la infraestructura de cobre existente diseñada para su uso con 1000BASE-T. Se basan en 10GBASE-T pero utilizan frecuencias de señalización más bajas.
La norma IEEE 802.3 estandarizó 1000BASE-T1 en IEEE Std 802.3bp-2016. [11] Define Gigabit Ethernet sobre un solo par trenzado para aplicaciones automotrices e industriales. Incluye especificaciones de cable para alcance de 15 metros (tipo A) o 40 metros (tipo B). La transmisión se realiza utilizando PAM-3 a 750 MBd .
La Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (TIA) creó y promovió un estándar similar al 1000BASE-T que era más sencillo de implementar, al que llamó 1000BASE-TX (TIA/EIA-854). [12] El diseño simplificado habría, en teoría, reducido el costo de la electrónica requerida al utilizar solo cuatro pares unidireccionales (dos pares TX y dos pares RX) en lugar de cuatro pares bidireccionales. Sin embargo, esta solución ha sido un fracaso comercial, [ cita requerida ] probablemente debido al cableado de Categoría 6 requerido y a la rápida caída del costo de los productos 1000BASE-T.
802.3z-1998 CL39 estandarizado 1000BASE-CX es un estándar inicial para conexiones Gigabit Ethernet con distancias máximas de 25 metros utilizando par trenzado blindado balanceado y conector DE-9 o 8P8C (con un pinout diferente de 1000BASE-T). La corta longitud del segmento se debe a una tasa de transmisión de señal muy alta. Aunque todavía se utiliza para aplicaciones específicas donde el cableado lo realizan profesionales de TI, por ejemplo, el IBM BladeCenter utiliza 1000BASE-CX para las conexiones Ethernet entre los servidores blade y los módulos de conmutación, 1000BASE-T lo ha reemplazado para el uso general de cableado de cobre. [13]
802.3ap-2007 CL70 estandarizado 1000BASE-KX es parte del estándar IEEE 802.3ap para el funcionamiento de Ethernet sobre placas base eléctricas. Este estándar define de uno a cuatro carriles de enlaces de placa base, un par diferencial RX y uno TX por carril, con un ancho de banda de enlace que va de 100 Mbit a 10 Gbit por segundo (de 100BASE-KX a 10GBASE-KX4). La variante 1000BASE-KX utiliza una velocidad de señalización eléctrica (no óptica) de 1,25 GBd .
En la industria, el término 1000BASE-X se utiliza para referirse a la transmisión Gigabit Ethernet por fibra, donde las opciones incluyen 1000BASE-SX, 1000BASE-LX, 1000BASE-LX10, 1000BASE-BX10 o las implementaciones no estándar -EX y -ZX. Se incluyen variantes de cobre que utilizan el mismo código de línea 8b/10b . 1000BASE-X se basa en los estándares de capa física desarrollados para Fibre Channel . [14]
1000BASE-SX es un estándar Gigabit Ethernet de fibra óptica para operar sobre fibra multimodo utilizando una longitud de onda de luz infrarroja cercana (NIR) de 770 a 860 nanómetros .
La norma especifica una longitud máxima de 220 metros para fibra multimodo de 62,5 μm/160 MHz×km , 275 m para 62,5 μm/200 MHz×km, 500 m para 50 μm/400 MHz×km y 550 m para fibra multimodo de 50 μm/500 MHz×km. [25] [26] Los fabricantes de cables de fibra óptica han ampliado el alcance de 1000BASE-SX a al menos 1 km cuando se utiliza con grados de fibra óptica más modernos, como OM3 y OM4. [16]
Esta norma es muy popular para enlaces dentro de edificios de oficinas de gran tamaño, instalaciones de ubicación conjunta e intercambios de Internet independientes del operador.
Especificaciones de potencia óptica de la interfaz SX: Potencia mínima de salida = −9,5 dBm . Sensibilidad mínima de recepción = −17 dBm.
1000BASE-LSX es un término no estándar pero aceptado por la industria [27] para referirse a la transmisión Gigabit Ethernet. Es muy similar a 1000BASE-SX pero logra distancias más largas, de hasta 2 km, sobre un par de fibras multimodo debido a una óptica de mayor calidad que la de un SX, que funciona con láseres de longitud de onda de 1310 nm. Se confunde fácilmente con 1000BASE-SX o 1000BASE-LX porque el uso de -LX, -LX10 y -SX es ambiguo entre los proveedores. El alcance se logra con el uso del transmisor láser Fabry Perot .
1000BASE-LX es un estándar Gigabit Ethernet de fibra óptica especificado en la cláusula 38 del IEEE 802.3 que utiliza un láser de longitud de onda larga (1270–1355 nm) y un ancho espectral RMS máximo de 4 nm.
1000BASE-LX está especificado para funcionar a una distancia de hasta 5 km sobre fibra monomodo de 10 μm.
1000BASE-LX también puede funcionar sobre todos los tipos comunes de fibra multimodo con una longitud máxima de segmento de 550 m. Para distancias de enlace superiores a 300 m, puede ser necesario el uso de un cable de conexión de acondicionamiento de lanzamiento especial. [28] Esto lanza el láser con un desplazamiento preciso desde el centro de la fibra, lo que hace que se extienda por todo el diámetro del núcleo de la fibra, lo que reduce el efecto conocido como retardo de modo diferencial que se produce cuando el láser se acopla solo a una pequeña cantidad de modos disponibles en la fibra multimodo.
La tecnología 1000BASE-LX10 se estandarizó seis años después de las versiones iniciales de fibra de gigabit como parte del grupo de trabajo Ethernet in the First Mile . Es prácticamente idéntica a la tecnología 1000BASE-LX, pero alcanza distancias más largas, de hasta 10 km, sobre un par de fibras monomodo gracias a una óptica de mayor calidad. Antes de que se estandarizara, la tecnología 1000BASE-LX10 ya era utilizada ampliamente por muchos proveedores como una extensión patentada denominada 1000BASE-LX/LH o 1000BASE-LH. [29]
1000BASE-EX es un término no estándar pero aceptado por la industria [30] para referirse a la transmisión Gigabit Ethernet. Es muy similar a 1000BASE-LX10 pero alcanza distancias más largas, de hasta 40 km, sobre un par de fibras monomodo debido a una óptica de mayor calidad que la de un LX10, que funciona con láseres de longitud de onda de 1310 nm. A veces se lo denomina LH (Long Haul) y se confunde fácilmente con 1000BASE-LX10 o 1000BASE-ZX porque el uso de -LX(10), -LH, -EX y -ZX es ambiguo entre los proveedores. 1000BASE-ZX es una variante no estándar de mayor alcance muy similar que utiliza una óptica de longitud de onda de 1550 nm.
La tecnología 1000BASE-BX10 tiene una capacidad de transmisión de hasta 10 km a través de un único hilo de fibra monomodo , con una longitud de onda diferente en cada dirección. Los terminales de cada lado de la fibra no son iguales, ya que el que transmite en sentido descendente (desde el centro de la red hacia el exterior) utiliza la longitud de onda de 1490 nm, y el que transmite en sentido ascendente utiliza la longitud de onda de 1310 nm. Esto se logra utilizando un prisma divisor pasivo dentro de cada transceptor.
Otras ópticas monofilares de mayor potencia y no estándar, conocidas comúnmente como "BiDi" (bidireccionales), utilizan pares de longitudes de onda en el rango de 1490/1550 nm y son capaces de alcanzar distancias de 20, 40 y 80 km, o más, según el costo del módulo, la pérdida de trayectoria de la fibra, los empalmes, los conectores y los paneles de conexión. Las ópticas BiDi de alcance muy largo pueden utilizar pares de longitudes de onda de 1510/1590 nm.
1000BASE-ZX es un término no estándar pero de múltiples proveedores [31] que se utiliza para referirse a la transmisión Gigabit Ethernet que utiliza una longitud de onda de 1550 nm para alcanzar distancias de al menos 70 km (43 mi) a través de fibra monomodo. Algunos proveedores especifican distancias de hasta 120 km (75 mi) a través de fibra monomodo, a veces denominada 1000BASE-EZX. Los rangos superiores a 80 km dependen en gran medida de la pérdida de trayectoria de la fibra en uso, específicamente la cifra de atenuación en dB por km, la cantidad y calidad de los conectores/paneles de conexión y empalmes ubicados entre los transceptores. [32]
1000BASE-CWDM es un término no estándar pero aceptado por la industria [22] [23] para referirse a la transmisión Gigabit Ethernet. Es muy similar a 1000BASE-LX10 pero logra distancias más largas, de 40 a 120 km, y hasta 18 canales paralelos sobre un par de fibras monomodo debido a una óptica de mayor calidad que LX10 y al uso de CWDM, que funciona con láseres de longitud de onda de 1270 a 1610 nm.
El uso de CWDM requiere una unidad Mux/Demux en ambos extremos del enlace de fibra, un CWDM MUX/DEMUX con longitudes de onda correspondientes y un SFP con longitudes de onda correspondientes. [23] También es posible utilizar DWDM en serie para aumentar el número de canales.
La mayoría de usos Longitudes de onda: 1270 nm, 1290 nm, 1310 nm, 1330 nm, 1350 nm, 1370 nm, 1390 nm, 1410 nm, 1430 nm, 1450 nm, 1470 nm, 1490 nm, 1510 nm, 1530 nm, 1550 nm, 1570 nm, 1590 nm y 1610 nm
CWDM es más barato de usar que DWDM, aproximadamente 1/5-1/3 del costo. [33] [34] CWDM es aproximadamente 5-10 veces más caro que los transceptores -LX/-LZ tradicionales si tiene fibra disponible.
1000BASE-DWDM es un término no estándar pero aceptado por la industria [24] [23] para referirse a la transmisión Gigabit Ethernet. Es muy similar a 1000BASE-LX10 pero logra distancias más largas, de 40 a 120 km, y hasta 64 a 160 canales paralelos sobre un par de fibras monomodo debido a una óptica de mayor calidad que LX10 y al uso de DWDM, que funciona con láseres de longitud de onda de 1528 a 1565 nm.
Los canales más utilizados son CH17-61 en longitud de onda 1528,77-1563-86 nm.
Para utilizar DWDM es necesario utilizar una unidad Mux/Demux en ambos extremos del enlace de fibra, un DWDM MUX/DEMUX con longitudes de onda correspondientes y un SFP con longitudes de onda correspondientes. [23] También es posible utilizar CWDM en serie para aumentar el número de canales. [ cita requerida ]
IEEE 802.3bv-2017 define y estandariza Gigabit Ethernet sobre fibra óptica plástica de índice escalonado (POF) utilizando codificación de bloque grande -R 64b/65b con luz roja (600–700 nm). 1000BASE-RHA está destinado a uso doméstico y de consumo (solo sujetando la POF desnuda), 1000BASE-RHB para aplicaciones industriales y 1000BASE-RHC para aplicaciones automotrices.
Puede haber interoperabilidad óptica con las respectivas interfaces Ethernet 1000BASE-X en el mismo enlace. [35] También es posible que con ciertos tipos de óptica haya una discrepancia en la longitud de onda. [36]
Para lograr la interoperabilidad se deben cumplir algunos criterios: [37]
Ethernet 1000BASE-X no es compatible con versiones anteriores de 100BASE-X ni es compatible con versiones futuras de 10GBASE-X .