Ethernet sobre par trenzado
Capas físicas de Ethernet que utilizan cables de par trenzado

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 sistemas Ethernet utilizaban distintos tipos de cable coaxial , pero en 1984 StarLAN demostró el potencial del par trenzado simple sin blindaje . Esto condujo al desarrollo de 10BASE-T y sus sucesores 100BASE-TX , 1000BASE-T , 10GBASE-T y 40GBASE-T , que admitían velocidades de 10 y 100  megabits por segundo , y 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 sus orígenes en la industria automotriz y puede ser útil en otras aplicaciones de corta distancia donde hay 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 para implementar la 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 de nivel PHY (PLCA). [4]

Los estándares anteriores utilizan conectores modulares 8P8C [ b] y los estándares de cable compatibles van desde la categoría 3 a la categoría 8. Estos cables suelen tener cuatro pares de cables para cada conexión, aunque los primeros Ethernet utilizaban solo dos de los pares. A diferencia de los estándares -T anteriores, las interfaces -T1 se diseñaron para funcionar con un solo par de conductores e introducen 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, llamada así por trabajar a 10 Mbit/s. [11] La señalización StarLAN 10 se utilizó como base de 10BASE-T, con la adición del link beat 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:

  • Los cables de par trenzado ya se utilizaban para el servicio telefónico y ya estaban presentes en muchos edificios de oficinas, lo que reducía el coste general de implementación.
  • La topología de estrella centralizada también se utilizaba a menudo para el cableado del servicio telefónico, a diferencia de la topología de bus requerida por los estándares Ethernet anteriores.
  • El uso de enlaces punto a punto era menos propenso a fallas y simplificaba enormemente la resolución de problemas en comparación con un bus compartido.
  • El cambio de concentradores repetidores baratos por concentradores de conmutación más avanzados proporcionó una ruta de actualización viable
  • Mezclar diferentes velocidades en una sola red se hizo posible con la llegada de Fast Ethernet
  • Dependiendo de los grados del cable , la actualización posterior a Gigabit Ethernet o más rápida podría lograrse reemplazando los conmutadores de red.

Aunque hoy en día 10BASE-T rara vez se utiliza como velocidad de señalización de funcionamiento normal, aún se utiliza ampliamente con controladores de interfaz de red en modo de apagado de activación en LAN y para aplicaciones especiales de bajo consumo y bajo ancho de banda. 10BASE-T aún se admite en la mayoría de los puertos Ethernet de par trenzado con una velocidad de Ethernet de hasta Gigabit .

Nombramiento

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 en banda base . La T designa cable de par trenzado. Cuando hay varios estándares para la misma velocidad de transmisión , se distinguen por una letra o dígito después de la T, como TX o T4 , que hace referencia al método de codificación y al número de carriles. [13]

Cableado

Posicionamiento de pines del conector modular 8P8C
Terminación ANSI/TIA-568 T568A
AlfilerParAlambre [d]Color
13consejoPar 3 Cable 1blanco/verde
23anilloPar 3 Cable 2verde
32consejoPar 2 Cable 1blanco/naranja
41anilloPar 1 Cable 2azul
51consejoPar 1 Cable 1blanco/azul
62anilloPar 2 Cable 2naranja
74consejoPar 4 cables 1blanco/marrón
84anilloPar 4 cables 2marrón
Terminación ANSI/TIA-568 T568B
AlfilerParAlambre [d]Color
12consejoPar 2 Cable 1blanco/naranja
22anilloPar 2 Cable 2naranja
33consejoPar 3 Cable 1blanco/verde
41anilloPar 1 Cable 2azul
51consejoPar 1 Cable 1blanco/azul
63anilloPar 3 Cable 2verde
74consejoPar 4 cables 1blanco/marrón
84anilloPar 4 cables 2marrón

La mayoría de los cables Ethernet están conectados de forma directa (pin 1 a pin 1, pin 2 a pin 2, etc.). En algunos casos, puede que aún sea necesaria la forma cruzada (de recepción a transmisión y de transmisión a recepción).

Los cables para Ethernet pueden conectarse a los estándares de terminación T568A o T568B en ambos extremos del cable. Dado que estos estándares difieren solo 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 conectores denominado interfaces dependientes del medio (MDI), que transmiten por los pines 1 y 2 y reciben por los pines 3 y 6 a un dispositivo de red. Un nodo de infraestructura (un concentrador o un conmutador ) utiliza, en consecuencia, un cableado de conectores denominado MDI-X, que transmite por los pines 3 y 6 y recibe por los pines 1 y 2. Estos puertos están conectados mediante un cable directo, de modo que cada transmisor se comunica 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 regular, '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 se necesitan conectar dos nodos que tienen el mismo tipo de puertos, puede ser necesario 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 de conexión directa. Por lo tanto, la conexión de un host final a un concentrador o conmutador requiere un cable de conexión directa. Algunos conmutadores y concentradores más antiguos proporcionaban un botón para permitir que un puerto actuara como un puerto normal (regular) o de enlace ascendente, es decir, utilizando la distribución de pines MDI-X o MDI, respectivamente.

Muchos adaptadores host Ethernet modernos pueden detectar automáticamente otra computadora conectada con un cable directo y luego introducir automáticamente el cable cruzado 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 que todas las conexiones se realicen con cables directos. Si ambos dispositivos conectados admiten 1000BASE-T de acuerdo con 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 usaban 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 debe cumplir un cable. Esto se hizo en previsión del uso de 10BASE-T en sistemas de cableado de par trenzado existentes que no se ajustaban a ningún estándar de cableado específico. Algunas de las características especificadas son atenuación , impedancia característica , retardo de propagación y varios tipos de diafonía . Los comprobadores de cables están ampliamente disponibles para verificar estos parámetros para 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 un 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 requerida ]

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 mayores tasas de bits .

1000BASE-T utiliza los cuatro pares de forma bidireccional mediante circuitos híbridos y canceladores . [16] Los datos se codifican utilizando 4D-PAM5; cuatro dimensiones utilizando modulación de amplitud de pulso (PAM) con cinco voltajes , −2 V, −1 V, 0 V, +1 V y +2 V. [17] Si bien 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 cable de categoría 5 como mínimo 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 el cable de categoría 5e.

Cable compartido

10BASE-T y 100BASE-TX requieren sólo 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 utilizar para alimentación a través de Ethernet (PoE), para dos líneas de servicio telefónico tradicional (POTS) o para una segunda conexión 10BASE-T o 100BASE-TX. En la práctica, se debe tener mucho cuidado para 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 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 automotrices [23] o como canales de datos opcionales en otras aplicaciones de interconexión. [24] Las distancias a las que opera el par único en dúplex completo dependen de la velocidad: 1000 m (1 km) con 802.3cg-2019 10BASE-T1L; 15 m o 49 pies con 100BASE-T1 (segmento de enlace tipo A); hasta 40 m o 130 pies utilizando el 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 sobre un solo par de 15 m están estandarizados en 802.3ch-2020. [25] En junio de 2023, 802.3cy agregó velocidades de 25 Gb/s en longitudes de hasta 11 m. [26]

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 fijos en entornos controlados, desde hogares hasta centros de datos , este es el conector dominante. Su frágil pestaña de bloqueo limita su idoneidad y durabilidad. Los anchos de banda que admiten cableado de hasta Cat 8 están definidos para este formato de conector.
  • M12X: Este es el conector M12 designado para Ethernet, estandarizado como IEC 61076-2-109. Es un tornillo de metal de 12 mm que alberga 4 pares de pines blindados. El ancho de banda nominal es de 500 MHz (Cat 6A). La familia de conectores se utiliza en entornos químicos y mecánicos hostiles, como la automatización de fábricas y el transporte. Su tamaño es similar al del conector modular.
  • ix Industrial: [28] Este conector está diseñado para ser pequeño pero resistente. Tiene 10 pines y un mecanismo de bloqueo diferente al del conector modular. Estandarizado como IEC 61076-3-124, su ancho de banda nominal es de 500 MHz (Cat 6A).
  • Ethernet de un solo par define sus propios conectores:
    • IEC 63171-1 LC : [5] Se trata de un conector de 2 pines con una pestaña de bloqueo similar al conector modular, aunque más gruesa.
    • IEC 63171-6 industrial : [6] Esta norma define cinco conectores de 2 pines que se diferencian en sus mecanismos de bloqueo y un conector de 4 pines con pines dedicados para la alimentación. Los mecanismos de bloqueo varían desde una pestaña de bloqueo de metal hasta conectores M8 y M12 con bloqueo por tornillo o push-pull. El conector de 4 pines solo se define con bloqueo por tornillo M8.

Autonegociación y dúplex

Los estándares de Ethernet sobre par trenzado hasta Gigabit Ethernet definen tanto la comunicación full-duplex como la half-duplex . Sin embargo, ningún hardware existente admite la operación half-duplex para velocidad de gigabit. [29] [30] Los estándares de mayor velocidad, 2.5GBASE-T hasta 40GBASE-T [31] que funcionan a 2,5 a 40 Gbit/s, definen en consecuencia solo enlaces punto a punto full-duplex que generalmente están conectados por conmutadores de red y no admiten la operación tradicional CSMA/CD en medio compartido . [32]

Existen muchos modos de funcionamiento diferentes (10BASE-T half-duplex, 10BASE-T full-duplex, 100BASE-TX half-duplex, etc.) para Ethernet sobre par trenzado , y la mayoría de los adaptadores de red son capaces de funcionar en distintos modos. Se requiere negociación automática para que funcione una conexión 1000BASE-T.

Cuando dos interfaces vinculadas 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 producirse inadvertidamente cuando un administrador configura una interfaz en un modo fijo (por ejemplo, 100 Mbit/s en dúplex completo) y no configura la interfaz remota, dejándola configurada para negociar automáticamente. Luego, cuando el proceso de negociación automática falla, el lado de negociación automática del enlace asume que el modo dúplex es semidúplex.

Variantes

Comparación de tecnologías Ethernet basadas en par trenzado

Comparación de capas de transporte físico Ethernet basadas en par trenzado (TP-PHY) [33]
NombreEstándarEstadoVelocidad (Mbit/s) [A]Se requieren paresCarriles por sentido
Eficiencia de la velocidad de datos
(bit/s/Hz) [B]		Código de líneaTasa de símbolos por carril (MBd)Ancho de banda [C] (MHz)Distancia máxima (m)Cable [D]Clasificación del cable (MHz)Uso previsto
StarLAN -1 1BASE5802.3e-1987obsoleto1211Educación Física11250grado de voz~12Red local
StarLAN -10802.3e-1988obsoleto10211Educación Física1010~100grado de voz~12Red local
Red Lattisanterior a 802.3i-1990obsoleto10211Educación Física1010100grado de voz~12Red local
10BASE-T802.3i-1990 (CL14)legado10211Educación Física1010100Gato 316Red de área local [34]
10BASE-T1S802.3cg-2019actual10110,84B5B DME2512.515 o 25 [E]Gato 525Automotriz , IoT , M2M
10BASE-T1L802.3cg-2019actual10112.6 64B3T PAM-37.53,751.000Gato 520Automotriz, IoT, M2M
100BASE-T1802.3bw-2015 (CL96)actual100112.6 64B3B PAM-37537.515Categoría 5e100Automotriz, IoT, M2M
100BaseVG802.12-1995obsoleto100441.6 65B6B Solo semidúplex3015100Gato 316Fallo del mercado
100BASE-T4802.3u-1995obsoleto100432.6 68B6T PAM-3 Solo semidúplex2512.5100Gato 316Fallo del mercado
100BASE-T2802.3y-1997obsoleto100224LFSR PAM-52512.5100Gato 316Fallo del mercado
100BASE-TX802.3u-1995actual100213.24B5B MLT-3 NRZ-I12531.25100Gato 5100Red local
1000BASE‑TX802.3ab-1999 ,
TIA/EIA 854 (2001)		obsoleto1.000424PAM-5250125100Gato 6250Fallo del mercado
1000BASE‑T802.3ab-1999 (CL40)actual1.000444Medicina tradicional china 4D-PAM-512562,5100Gato 5100Red local
1000BASE-T1802,3 pb-2016actual1.000112.6 6PAM-3 80B/81B RS-FEC75037540Categoría 6A500Automotriz, IoT, M2M
2,5 GBASE-T802.3bz-2016actual2.500446.2564B65B PAM-16 128-DSQ200100100Categoría 5e100Red local
5GBASE-T802.3bz-2016actual5.000446.2564B65B PAM-16 128-DSQ400200100Gato 6250Red local
10GBASE-T802.3an-2006actual10.000446.2564B65B PAM-16 128-DSQ800400100Categoría 6A500Red local
25GBASE-T802.3bq-2016 (CL113)actual (no comercializado)25.000446.25PAM-16 RS-FEC (192, 186) LDPC2.0001.00030Gato 82.000LAN, Centro de datos
40GBASE-T802.3bq-2016 (CL113)40.000446.25PAM-16 RS-FEC (192, 186) LDPC3.2001.60030Gato 82.000LAN, Centro de datos
NombreEstándarEstadoVelocidad (Mbit/s) [A]Se requieren paresCarriles por sentido
Eficiencia de la velocidad de datos
(bit/s/Hz) [B]		Código de líneaTasa de símbolos por carril (MBd)Ancho de banda [C] (MHz)Distancia máxima (m)Cable [D]Clasificación del cable (MHz)Uso
  1. ^ ab Velocidad de transferencia  = carriles  × bits por hercio  × ancho de banda espectral
  2. ^ ab Bit/s efectivos por hercio por carril después de la pérdida por sobrecarga de codificación
  3. ^ ab 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 símbolo , porque se puede enviar un símbolo tanto en el pico positivo como en el negativo del ciclo. Las excepciones son 10BASE-T, donde es igual porque utiliza el código Manchester , y 100BASE-TX, donde es un cuarto porque utiliza la codificación MLT-3 .
  4. ^ ab En el caso de cables de menor longitud, es posible utilizar cables de menor calidad que los necesarios para 100  m. Por ejemplo, es posible utilizar 10GBASE-T en un cable Cat 6  de 55 m o menos. Asimismo, se espera que 5GBASE-T funcione con Cat  5e en la mayoría de los casos de uso.
  5. ^ 15 m para enlaces punto a punto, 25 m para segmentos mixtos/de múltiples tomas

Véase también

Notas

  1. ^ Generalmente, las implementaciones de mayor velocidad admiten los estándares de menor velocidad, lo que hace posible mezclar diferentes generaciones de equipos; con la capacidad inclusiva designada 10/100 o 10/100/1000 para conexiones que admiten tales combinaciones. [1] : 123 
  2. ^ El conector modular 8P8C a menudo se denomina RJ45, en honor a un estándar de la industria telefónica .
  3. ^ Al activar o desactivar el enlace, varias tarjetas de interfaz de red de la época podían funcionar con StarLAN 10 o 10BASE-T. [12]
  4. ^ ab 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

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  • Cómo hacer un cable de red, un artículo instructivo de wikiHow
  • Cómo crear tus propios cables Ethernet
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