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 .
Los primeros Ethernet utilizaban varios grados de cable coaxial , pero en 1984, StarLAN mostró el potencial del par trenzado simple sin blindaje . Esto llevó al desarrollo de 10BASE-T y sus sucesores 100BASE-TX , 1000BASE-T , 10GBASE-T y 40GBASE-T , que admiten velocidades de 10 y 100 megabits por segundo , luego 1, 10 y 40 gigabits por segundo respectivamente. [a]
Dos nuevas variantes de Ethernet de 10 megabits por segundo sobre un solo par trenzado, conocidas como 10BASE-T1S y 10BASE-T1L , se estandarizaron en IEEE Std 802.3cg-2019. [2] 10BASE-T1S tiene su origen en la industria automotriz y puede ser útil en otras aplicaciones de corta distancia donde hay un ruido eléctrico sustancial. [3] 10BASE-T1L es una Ethernet de larga distancia que admite conexiones de hasta 1 km de longitud. Ambos estándares están encontrando aplicaciones que implementan el Internet de las cosas . 10BASE-T1S es un competidor directo de CAN XL en el espacio automotriz e incluye un esquema de prevención de colisiones a nivel PHY (PLCA). [4]
Los estándares anteriores utilizan conectores modulares 8P8C , [b] y los estándares de cables admitidos van desde la Categoría 3 a la Categoría 8 . Estos cables suelen tener cuatro pares de hilos para cada conexión, aunque las primeras Ethernet utilizaban sólo dos de los pares. A diferencia de los estándares -T anteriores, las interfaces -T1 fueron diseñadas para operar sobre un solo par de conductores e introducir el uso de dos nuevos conectores denominados IEC 63171-1 [5] e IEC 63171-6. [6]
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 megabit por segundo. [8] [9] Ambos fueron desarrollados antes del estándar 10BASE-T (publicado en 1990 como IEEE 802.3i) y usaban 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 StarLAN 10 se utilizó como base de 10BASE-T, con la adición de pulso 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 debilidades de los estándares Ethernet anteriores:
Aunque 10BASE-T rara vez se utiliza como velocidad de señalización de funcionamiento normal en la actualidad, todavía se utiliza ampliamente con controladores de interfaz de red en modo de apagado de reactivación en LAN y para aplicaciones especiales de bajo consumo y bajo ancho de banda. 10BASE-T todavía es compatible con la mayoría de los puertos Ethernet de par trenzado con una velocidad de hasta Gigabit Ethernet .
Los nombres comunes de los estándares derivan de aspectos de los medios físicos. El número inicial ( 10 en 10BASE-T) se refiere a la velocidad de transmisión en Mbit/s. BASE indica que se utiliza transmisión de banda base . La T designa cable de par trenzado. Cuando existen varios estándares para una misma velocidad de transmisión , se distinguen por una letra o dígito después de la T, como TX o T4 , haciendo referencia al método de codificación y número de carriles. [13]
La mayoría de los cables Ethernet están conectados directamente (pin 1 a pin 1, pin 2 a pin 2, etc.). En algunos casos, es posible que aún se requiera la forma cruzada (recibir para transmitir y transmitir para recibir).
Los cables para Ethernet se pueden cablear según los estándares de terminación T568A o T568B en ambos extremos del cable. Dado que estos estándares solo difieren en que intercambian las posiciones de los dos pares utilizados para transmitir y recibir, un cable con cableado T568A en un extremo y cableado T568B en el otro da como resultado un cable cruzado.
Un host 10BASE-T o 100BASE-TX utiliza un cableado de conector llamado interfaces dependientes del medio (MDI), que transmite en los pines 1 y 2 y recibe en los pines 3 y 6 a un dispositivo de red. En consecuencia, un nodo de infraestructura (un concentrador o un conmutador ) utiliza un cableado conector llamado MDI-X, que transmite en los pines 3 y 6 y recibe en los pines 1 y 2. Estos puertos se conectan mediante un cable directo para que cada transmisor se comunique con el receptor en el otro extremo del cable.
Los nodos pueden tener dos tipos de puertos: MDI (puerto de enlace ascendente) o MDI-X (puerto normal, 'X' para cruce interno). Los concentradores y conmutadores tienen puertos regulares. Los enrutadores, servidores y hosts finales (por ejemplo, computadoras personales ) tienen puertos de enlace ascendente. Cuando es necesario conectar dos nodos que tienen el mismo tipo de puertos, es posible que se requiera un cable cruzado, especialmente para equipos más antiguos. La conexión de nodos que tienen diferentes tipos de puertos (es decir, MDI a MDI-X y viceversa) requiere un cable directo. Por lo tanto, conectar un host final a un concentrador o conmutador requiere un cable directo. Algunos conmutadores y concentradores más antiguos proporcionaban un botón para permitir que un puerto actuara como un puerto normal (normal) o de enlace ascendente, es decir, usando MDI-X o MDI, respectivamente.
Muchos adaptadores de host Ethernet modernos pueden detectar automáticamente otra computadora conectada con un cable directo y luego introducir automáticamente el cruce requerido si es necesario; Si ninguno de los adaptadores tiene esta capacidad, entonces se requiere un cable cruzado. La mayoría de los conmutadores más nuevos tienen MDI-X automático en todos los puertos, lo que permite realizar todas las conexiones con cables directos. Si ambos dispositivos conectados admiten 1000BASE-T según los estándares, 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 utilizan banda ancha y Cable coaxial , como 10BASE5 (thicknet) y 10BASE2 (thinnet), 10BASE-T no especifica el tipo exacto de cableado que se utilizará, sino que especifica ciertas características que debe cumplir un cable. Esto se hizo anticipándose al uso de 10BASE-T en sistemas de cableado de par trenzado existentes que no cumplían con ningún estándar de cableado específico. Algunas de las características especificadas son atenuación , impedancia característica , 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 no blindado 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 los consideran viables. [ cita necesaria ]
100BASE-TX sigue los mismos patrones de cableado que 10BASE-T, pero es más sensible a la calidad y longitud del cable debido a las velocidades de bits más altas .
1000BASE-T utiliza los cuatro pares de forma bidireccional mediante circuitos híbridos y canceladores . [16] Los datos se codifican utilizando 4D-PAM5; cuatro dimensiones usando modulación de amplitud de pulso (PAM) con cinco voltajes , −2 V, −1 V, 0 V, +1 V y +2 V. [17] Mientras que pueden aparecer 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 mínimo de cable de categoría 5 y también especificar una longitud máxima de cable de 100 metros (330 pies). Desde entonces, el cable de categoría 5 ha quedado obsoleto y las nuevas instalaciones utilizan la categoría 5e.
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 utilizar los pares de repuesto (pines 4–5, 7–8) en configuraciones de 10 y 100 Mbit/s para otros fines. Los pares de repuesto se pueden usar para alimentación a través de Ethernet (PoE), para dos líneas de servicio telefónico antiguo (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.
Además de las variantes de dos y cuatro pares más orientadas a la computadora, las capas físicas Ethernet de par único (SPE) 10BASE-T1 , [20] 100BASE-T1 [21] y 1000BASE-T1 [22] están destinadas a aplicaciones industriales y aplicaciones automotrices [23] o como canales de datos opcionales en otras aplicaciones de interconexión. [24] Las distancias que opera un solo par en full duplex dependen de la velocidad: 1000 m (1 km) con 802.3cg-2019 10BASE-T1L; 15 mo 49 pies con 100BASE-T1 (segmento de enlace tipo A); hasta 40 mo 130 pies utilizando un segmento de enlace 1000BASE-T1 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 Gb/s, 5 Gb/s y 10 Gb/s en un único par de 15 m están estandarizados en 802.3ch-2020. [25] En junio de 2023, 802.3cy añadió velocidades de 25 Gb/s en longitudes de hasta 11 m. [26]
De manera similar a PoE, Power over Data Lines (PoDL) puede proporcionar hasta 50 W a un dispositivo. [27]
Los estándares Ethernet sobre par trenzado hasta Gigabit Ethernet definen la comunicación tanto full-duplex como half-duplex . Sin embargo, ningún hardware existente admite la operación semidúplex para velocidad gigabit. [29] [30] Los estándares de velocidad más altos, 2,5GBASE-T hasta 40GBASE-T [31] que funcionan de 2,5 a 40 Gbit/s, definen en consecuencia sólo enlaces punto a punto full-duplex que generalmente están conectados mediante conmutadores de red. y no admiten la operación tradicional CSMA/CD de medio compartido . [32]
Existen muchos modos de operación diferentes (10BASE-T semidúplex, 10BASE-T full-duplex, 100BASE-TX semidúplex, etc.) para Ethernet sobre par trenzado , y la mayoría de los adaptadores de red son capaces de diferentes modos de operación. Se requiere negociación automática para establecer una conexión 1000BASE-T que funcione.
Cuando dos interfaces enlazadas se configuran en modos dúplex diferentes , el efecto de esta falta de coincidencia dúplex es una red que funciona mucho más lentamente que su velocidad nominal. La falta de coincidencia dúplex puede ocurrir inadvertidamente cuando un administrador configura una interfaz en un modo fijo (por ejemplo, 100 Mbit/s full-duplex) y no configura la interfaz remota, dejándola configurada para negociación automática. Luego, cuando falla el proceso de negociación automática, el lado de negociación automática del enlace asume el modo semidúplex.
