The physical-layer specifications of the Ethernet family of computer network standards are published by the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), which defines the electrical or optical properties and the transfer speed of the physical connection between a device and the network or between network devices. It is complemented by the MAC layer and the logical link layer. An implementation of a specific physical layer is commonly referred to as PHY.
The Ethernet physical layer has evolved over its existence starting in 1980 and encompasses multiple physical media interfaces and several orders of magnitude of speed from 1 Mbit/s to 400 Gbit/s. The physical medium ranges from bulky coaxial cable to twisted pair and optical fiber with a standardized reach of up to 80 km. In general, network protocol stack software will work similarly on all physical layers.
Muchos adaptadores Ethernet y puertos de conmutador admiten múltiples velocidades mediante el uso de negociación automática para configurar la velocidad y el dúplex para obtener los mejores valores admitidos por ambos dispositivos conectados. Si la negociación automática falla, algunos dispositivos de múltiples velocidades detectan la velocidad utilizada por su socio, [1] pero esto puede resultar en una falta de coincidencia dúplex . Con raras excepciones, un puerto 100BASE-TX ( 10/100 ) también admite 10BASE-T , mientras que un puerto 1000BASE-T ( 10/100/1000 ) también admite 10BASE-T y 100BASE-TX. La mayoría de los puertos 10GBASE-T también admiten 1000BASE-T, [2] algunos incluso 100BASE-TX o 10BASE-T. Si bien prácticamente se puede confiar en la negociación automática para Ethernet sobre par trenzado , pocos puertos de fibra óptica admiten múltiples velocidades. En cualquier caso, incluso las interfaces de fibra multivelocidad solo admiten una única longitud de onda (por ejemplo, 850 nm para 1000BASE-SX o 10GBASE-SR).
10 Gigabit Ethernet ya se utilizaba tanto en redes empresariales como de operadores en 2007, con 40 Gbit/s [3] [4] y 100 Gigabit Ethernet [5] ratificados. [6] En 2017, las incorporaciones más rápidas a la familia Ethernet fueron 200 y 400 Gbit/s . [7] El desarrollo de estándares Ethernet de 800 Gbit/s y 1,6 Tbit/s comenzó en 2021. [8]
Generalmente, las capas se nombran según sus especificaciones: [9]
For 10 Mbit/s, no encoding is indicated as all variants use Manchester code. Most twisted pair layers use unique encoding, so most often just -T is used.
The reach, especially for optical connections, is defined as the maximum achievable link length that is guaranteed to work when all channel parameters are met (modal bandwidth, attenuation, insertion losses etc.). With better channel parameters, often a longer, stable link length can be achieved. Vice versa, a link with worse channel parameters can also work but only over a shorter distance. Reach and maximum distance have the same meaning.
The following sections provide a brief summary of official Ethernet media types. In addition to these official standards, many vendors have implemented proprietary media types for various reasons—often to support longer distances over fiber optic cabling.
Early Ethernet standards used Manchester coding so that the signal was self-clocking and not adversely affected by high-pass filters.
Todas las variantes de Fast Ethernet utilizan una topología en estrella y generalmente utilizan codificación de línea 4B5B .
Todas las variantes de Gigabit Ethernet utilizan una topología en estrella. Las variantes 1000BASE-X utilizan codificación PCS 8b/10b . Inicialmente, el modo semidúplex se incluía en el estándar, pero desde entonces se abandonó. [15] Muy pocos dispositivos admiten velocidad gigabit en semidúplex.
2.5GBASE-T y 5GBASE-T son variantes reducidas de 10GBASE-T y brindan mayor alcance que el cableado anterior a Cat 6A . Estas capas físicas admiten únicamente placas posteriores y cableado de cobre de par trenzado.
10 Gigabit Ethernet es una versión de Ethernet con una velocidad de datos nominal de 10 Gbit/s, diez veces más rápida que Gigabit Ethernet. El primer estándar 10 Gigabit Ethernet, IEEE Std 802.3ae-2002, se publicó en 2002. Los estándares posteriores abarcan tipos de medios para fibra monomodo (larga distancia), fibra multimodo (hasta 400 m), placa posterior de cobre (hasta 1 m) y par trenzado de cobre (hasta 100 m). Todos los estándares de 10 gigabits se consolidaron en IEEE Std 802.3-2008. La mayoría de las variantes de 10 gigabits utilizan código PCS 64b/66b ( -R ). 10 Gigabit Ethernet, específicamente 10GBASE-LR y 10GBASE-ER , disfruta de importantes cuotas de mercado en las redes de operadores.
Ethernet de 25 gigabits de un solo carril se basa en un carril de 25,78125 GBd de los cuatro del estándar 100 Gigabit Ethernet desarrollado por el grupo de trabajo P802.3by. [18] 25GBASE-T sobre par trenzado fue aprobado junto con 40GBASE-T dentro de IEEE 802.3bq. [19] [20]
Esta clase de Ethernet se estandarizó en junio de 2010 como IEEE 802.3ba. El trabajo también incluyó la primeraGeneración de 100 Gbit/s , publicada en marzo de 2011 como IEEE 802.3bg. [21] [22] UnEl estándar de par trenzado de 40 Gbit/s se publicó en 2016 como IEEE 802.3bq-2016.
El grupo de trabajo IEEE 802.3cd desarrolló 50 Gbit/s junto con estándares de próxima generación de 100 y 200 Gbit/s utilizando carriles de 50 Gbit/s. [24]
La primera generación de 100 Gigabit Ethernet que utiliza carriles de 10 y 25 Gbit/s se estandarizó en junio de 2010 como IEEE 802.3ba junto con 40 Gigabit Ethernet. [21] La segunda generación que utiliza carriles de 50 Gbit/s fue desarrollada por el grupo de trabajo IEEE 802.3cd junto con los estándares de 50 y 200 Gbit/s. [24] La tercera generación que utiliza un único carril de 100 Gbit/s se estandarizó en septiembre de 2022 como IEEE 802.3ck junto con Ethernet de 200 y 400 Gbit/s. [25] [26]
El grupo de trabajo IEEE 802.3bs definió los 200 Gbit/s de primera generación y los estandarizó en 802.3bs-2017. [27] El grupo de trabajo IEEE 802.3cd ha desarrollado estándares de 50 y de próxima generación de 100 y 200 Gbit/s utilizando uno, dos o cuatro carriles de 50 Gbit/s respectivamente. [24] La próxima generación que utiliza carriles de 100 Gbit/s se estandarizó en septiembre de 2022 como IEEE 802.3ck junto con PHY de 100 y 400 Gbit/s e interfaces de unidad adjunta (AUI) que utilizan carriles de 100 Gbit/s. [25] [26]
En IEEE 802.3bs-2017 se define un estándar Ethernet capaz de 200 y 400 Gbit/s. [27] 1 Tbit/s puede ser un objetivo adicional. [28]
En mayo de 2018, IEEE 802.3 inició el grupo de trabajo 802.3ck para desarrollar estándares para PHY de 100, 200 y 400 Gbit/s e interfaces de unidades adjuntas (AUI) que utilizan carriles de 100 Gbit/s. [25] Las nuevas normas fueron aprobadas en septiembre de 2022. [26]
En 2008, Robert Metcalfe , uno de los co-inventores de Ethernet, dijo que creía que las aplicaciones comerciales que utilizaran Terabit Ethernet podrían aparecer en 2015, aunque podría requerir nuevos estándares de Ethernet. [29] Se predijo que a esto le seguiría rápidamente una ampliación a 100 Terabit, posiblemente ya en 2020. Se trataba de predicciones teóricas de la capacidad tecnológica, en lugar de estimaciones de cuándo esas velocidades estarían realmente disponibles a un precio práctico. [30]
El Ethernet Technology Consortium propuso una variante Ethernet PCS de 800 Gbit/s basada en 400GBASE-R estrechamente integrado en abril de 2020. [31]
En diciembre de 2021, IEEE inició el grupo de trabajo P802.3df para definir variantes para 800 y 1600 Gbit/s sobre cobre twinaxial, placas posteriores eléctricas, fibra óptica monomodo y multimodo junto con nuevas variantes de 200 y 400 Gbit/s que utilizan 100 y carriles de 200 Gbit/s. [32]
En diciembre de 2022, IEEE inició el grupo de trabajo P802.3dj para definir variantes para 200, 400, 800 y 1600 Gbit/s sobre cobre twinaxial, placas posteriores eléctricas, fibra óptica monomodo y multimodo junto con nuevas variantes que utilizan 100 y 200 Carriles Gbit/s. [32]
Ethernet en la primera milla brinda servicio de acceso a Internet directamente desde proveedores a hogares y pequeñas empresas.
A partir de Fast Ethernet, las especificaciones de la capa física se dividen en tres subcapas para simplificar el diseño y la interoperabilidad: [36]
Se diseñaron varias variedades de Ethernet específicamente para funcionar con cableado estructurado de cobre de 4 pares ya instalado en muchas ubicaciones. A diferencia de 10BASE-T y 100BASE-TX, 1000BASE-T y superiores utilizan los cuatro pares de cables para la transmisión simultánea en ambas direcciones mediante el uso de cancelación de eco .
El uso de cableado de cobre punto a punto brinda la oportunidad de entregar energía eléctrica junto con los datos. Esto se llama alimentación a través de Ethernet y existen varias variaciones definidas en los estándares IEEE 802.3. La combinación de 10BASE-T (o 100BASE-TX) con el Modo A permite que un concentrador o un conmutador transmita energía y datos a través de solo dos pares. Esto fue diseñado para dejar los otros dos pares libres para señales telefónicas analógicas. [37] [ verificación fallida ] Los pines utilizados en el Modo B suministran energía a través de los pares de repuesto no utilizados por 10BASE-T y 100BASE-TX. 4PPoE definido en IEEE 802.3bt puede usar los cuatro pares para suministrar hasta 100 W.
Los requisitos del cable dependen de la velocidad de transmisión y del método de codificación empleado. Generalmente, velocidades más rápidas requieren cables de mayor calidad y una codificación más sofisticada.
Algunas conexiones de fibra tienen longitudes de cable mínimas debido a restricciones de nivel máximo en las señales recibidas. [41] Los puertos de fibra diseñados para longitudes de onda de larga distancia pueden requerir un atenuador de señal si se utilizan dentro de un edificio.
Las instalaciones 10BASE2, que funcionan con cable coaxial RG-58, requieren un mínimo de 0,5 m entre estaciones conectadas al cable de red para minimizar los reflejos. [42]
Las instalaciones 10BASE-T, 100BASE-T y 1000BASE-T que funcionan con cable de par trenzado utilizan una topología en estrella . No se requiere una longitud mínima de cable para estas redes. [43] [44]
Algunos estándares de red no forman parte del estándar Ethernet IEEE 802.3, pero admiten el formato de trama Ethernet y son capaces de interoperar con él.
Otros estándares de red no utilizan el formato de trama Ethernet, pero aún así se pueden conectar a Ethernet mediante puentes basados en MAC.
Otras capas físicas de propósito especial incluyen Avionics Full-Duplex Switched Ethernet y TTEthernet .
...es posible que un socio de enlace detecte la velocidad a la que opera el otro socio de enlace, aunque el otro socio de enlace no esté configurado para la negociación automática. Para detectar la velocidad, el interlocutor del enlace detecta el tipo de señal eléctrica que llega y ve si es de 10 Mb o 100 Mb.
Este sistema de medios permitió conectar en serie múltiples repetidores de señales Ethernet semidúplex, superando el límite del número total de repetidores que podían usarse en un sistema Ethernet determinado de 10 Mb/s.... Durante los primeros años después de la Se desarrolló el estándar, el equipo estaba disponible de algunos proveedores, pero este equipo ya no se vende.
...ganancia de diseño estratégico con Cisco para nuevos productos Ethernet de largo alcance que incorporan la tecnología 10BaseS de Infineon