Autonegociación

autonegociación es un mecanismo y procedimiento de señalización utilizado por Ethernet sobre par trenzado mediante el cual dos dispositivos conectados eligen parámetros de transmisión comunes, como velocidad, modo dúplex y control de flujo. En este proceso, los dispositivos conectados primero comparten sus capacidades con respecto a estos parámetros y luego eligen el modo de transmisión de mayor rendimiento que ambos admiten.

La negociación automática para par trenzado se define en la cláusula 28 de IEEE 802.3. y originalmente era un componente opcional en el estándar Fast Ethernet. Es compatible con los pulsos de enlace normal (NLP) utilizados por 10BASE-T. El protocolo se amplió significativamente en el estándar Gigabit Ethernet y es obligatorio para 1000BASE-T gigabit Ethernet sobre par trenzado.

En el modelo OSI, la negociación automática reside en la capa física.

Estandarización e interoperabilidad

En 1995, se lanzó el estándar Fast Ethernet. Debido a que esto introdujo una nueva opción de velocidad para los mismos cables, incluyó un medio para que los adaptadores de red conectados negociaran el mejor modo de operación compartido posible. El protocolo de autonegociación incluido en IEEE 802.3 cláusula 28 fue desarrollado a partir de una tecnología patentada por National Semiconductor conocida como NWay. La empresa entregó una carta de garantía para que cualquiera pudiera utilizar su sistema por una tarifa única de licencia. Desde entonces, otra empresa compró los derechos de esa patente.

La primera versión de la especificación de negociación automática, en el estándar Fast Ethernet IEEE 802.3u de 1995, fue implementada de manera diferente por diferentes fabricantes, lo que generó problemas de interoperabilidad. Estos problemas llevaron a muchos administradores de red a configurar manualmente la velocidad y el modo dúplex de cada interfaz de red. Sin embargo, el uso de configuraciones manuales puede provocar discrepancias en la impresión dúplex. Estos pueden ser difíciles de diagnosticar porque la red está funcionando nominalmente. Las utilidades simples de prueba de red, como ping, pueden informar una conexión válida. Sin embargo, el rendimiento de la red se verá significativamente afectado por los abortos de transmisión y las subsiguientes caídas de tramas Ethernet que resultan de una falta de coincidencia dúplex. Cuando se produce una discrepancia en el dúplex, el lado de la conexión que utiliza semidúplex informará colisiones tardías, mientras que el lado que usa dúplex completo informará errores FCS.

La especificación de negociación automática se mejoró en la versión 1998 de IEEE 802.3. A esto le siguió el lanzamiento del estándar IEEE 802.3ab Gigabit Ethernet en 1999, que especificaba la negociación automática obligatoria para 1000BASE-T. La negociación automática también es obligatoria para implementaciones 1000BASE-TX y 10GBASE-T. Actualmente, la mayoría de los fabricantes de equipos de red recomiendan utilizar la negociación automática en todos los puertos de acceso y habilitarla como configuración predeterminada de fábrica.

Función

La negociación automática puede ser utilizada por dispositivos que son capaces de más de una velocidad de transmisión, diferentes modos dúplex (semidúplex y dúplex completo) y diferentes estándares de transmisión a la misma velocidad (aunque en la práctica solo se utiliza un estándar para cada velocidad). soportado).

Durante la negociación automática, cada dispositivo declara sus capacidades tecnológicas, es decir, sus posibles modos de funcionamiento. Se elige el mejor modo común, prefiriéndose la velocidad más alta a la más baja, y dúplex completo a semidúplex a la misma velocidad.

La detección paralela se utiliza cuando un dispositivo que es capaz de autonegociación está conectado a uno que no lo es. Esto sucede si un dispositivo no admite la negociación automática o si la negociación automática está deshabilitada en un dispositivo. En esta condición, el dispositivo que es capaz de autonegociación puede determinar y hacer coincidir la velocidad con el otro dispositivo. Este procedimiento no puede determinar la capacidad dúplex, por lo que siempre se supone semidúplex.

Además de la velocidad y el modo dúplex, la negociación automática se utiliza para comunicar los parámetros maestro-esclavo para gigabit Ethernet.

Prioridad

Al recibir las capacidades tecnológicas del otro dispositivo, ambos dispositivos deciden el mejor modo de operación posible compatible con ambos dispositivos. Entre los modos admitidos por ambos dispositivos, cada dispositivo elige el que tiene mayor prioridad. La prioridad entre los modos es la siguiente:

1. 40GBASE-T full duplex
2. 25GBASE-T full duplex
3. 10GBASE-T full duplex
4. 5GBASE-T full duplex
5. 2.5GBASE-T full duplex
6. 1000BASE-T dúplex completo
7. 1000BASE-T medio duplex
8. 100BASE-T2 dúplex completo
9. 100BASE-TX full duplex
10. 100BASE-T2 medio duplex
11. 100BASE-T4 medio duplex
12. 100BASE-TX medio duplex
13. 10BASE-T dúplex completo
14. 10BASE-T medio duplex

Señales eléctricas

La negociación automática se basa en pulsos similares a los utilizados por los dispositivos 10BASE-T para detectar la presencia de una conexión con otro dispositivo. Estos pulsos de prueba de integridad del enlace (LIT) son enviados por dispositivos Ethernet cuando no envían ni reciben ninguna trama. Son pulsos eléctricos unipolares solo positivos de una duración nominal de 100 ns, con un ancho de pulso máximo de 200 ns, generado en un intervalo de tiempo de 16 ms con una tolerancia de variación de tiempo de 8 ms. Un dispositivo detecta el fallo de un enlace si no se recibe ni una trama ni dos de los pulsos LIT durante 50-150 ms. Para que este esquema funcione, los dispositivos deben enviar pulsos LIT independientemente de recibir alguno. En la especificación de negociación automática, estos pulsos se denominan pulsos de enlace normal (NLP).

NLPs used by autonegotiation are still unipolar, positive-only, and with a nominal duration of 100 ns; pero cada LIT es reemplazado por una ráfaga de pulso que consiste de 17 a 33 pulsos enviados 125 μs aparte. Cada ráfaga de pulso se llama pulso rápido (FLP) estalló. El intervalo de tiempo entre el inicio de cada explosión FLP es el mismo 16 ms como entre los NLP.

La ráfaga FLP consta de 17 NLP en un intervalo de tiempo de 125 μs con una tolerancia de < span class="nowrap">14 μs. Entre cada par de dos NLP consecutivos (es decir, en 62,5 μs después del primer NLP del par de pulsos) un Puede haber un pulso positivo adicional. La presencia de este impulso adicional indica un 1 lógico, su ausencia un 0 lógico. Como resultado, cada FLP contiene una palabra de datos de 16 bits. Esta palabra de datos se denomina palabra de código de enlace (LCW). Los bits de la LCW están numerados del 0 al 15, donde el bit 0 corresponde al primer pulso posible en el tiempo y el bit 15 al último.

La palabra clave del enlace base

Cada ráfaga de pulso de enlace rápido transmite 16 bits de datos conocidos como palabra de código de enlace. La primera de estas palabras se conoce como palabra de código de enlace base y sus bits se utilizan de la siguiente manera:

• 0-4: campo selector – indica qué estándar se utiliza entre IEEE 802.3 e IEEE 802.9
• 5–12: campo de capacidad tecnológica – secuencia de bits que codifican los posibles modos de operación entre los modos 100BASE-T y 10BASE-T (ver más abajo)
• 13: falla remota – ajustada a una cuando el dispositivo está detectando una falla de enlace
• 14: reconocimiento – el dispositivo fija esto a uno para indicar la recepción correcta de la palabra clave de enlace base de la otra parte; esto es detectado por la recepción de al menos tres palabras de código base idénticas. Al recibir estas tres copias idénticas, el dispositivo envía una palabra clave de enlace con el bit de reconocimiento fijado a uno de seis veces a ocho veces.
• 15: siguiente página – utilizado para indicar la intención de enviar otras palabras clave de enlace después de la palabra clave de enlace base

El campo de capacidad tecnológica se compone de ocho bits. Para IEEE 802.3, son los siguientes:

• bit 0: soportes de dispositivo 10BASE-T
• bit 1: dispositivo admite 10BASE-T en dúplex completo
• bit 2: soportes de dispositivo 100BASE-TX
• bit 3: dispositivo soporta 100BASE-TX en dúplex completo
• bit 4: soportes de dispositivo 100BASE-T4
• bit 5: dispositivo soporta el marco de pausa
• bit 6: dispositivo admite pausa asimétrica para dúplex completo
• bit 7: reserved

Las palabras del código de enlace también se denominan páginas. Por lo tanto, la palabra clave del enlace base se denomina página base. El siguiente bit de página de la página base es 1 cuando el dispositivo pretende enviar otras páginas, que pueden usarse para comunicar otras capacidades. Estas páginas adicionales se envían solo si ambos dispositivos han enviado páginas base con un bit de página siguiente establecido en 1. Las páginas adicionales todavía están codificadas como palabras de código de enlace (usando 17 pulsos de reloj y hasta 16 pulsos de bits).

Mensaje y página siguiente sin formato

La página base es suficiente para que los dispositivos anuncien cuáles de los modos 10BASE-T, 100BASE-TX y 100BASE-T4 admiten. Para Gigabit Ethernet, se requieren otras dos páginas. Estas páginas se envían si ambos dispositivos han enviado páginas base con un bit de página siguiente establecido en uno.

Las páginas adicionales son de dos tipos: páginas de mensajes y páginas sin formato. Estas páginas siguen siendo palabras de 16 bits codificadas como pulsos de la misma manera que la página base. Sus primeros once bits son datos, mientras que el penúltimo bit indica si la página es una página de mensajes o una página sin formato. El último bit de cada página indica la presencia de una página adicional.

Los modos admitidos por 1000BASE-T y los datos maestro-esclavo (que se utilizan para decidir cuál de los dos dispositivos actúa como maestro y cuál actúa como esclavo) se envían mediante una única página de mensaje, seguida de una única página sin formato. La página del mensaje contiene:

• media capacidad dúplex
• si el dispositivo es único puerto o multipuerto
• si master/slave está configurado manualmente o no
• si el dispositivo está configurado manualmente como maestro o esclavo

La página sin formato contiene una palabra de 10 bits, denominada valor inicial maestro-esclavo.

No coincide el dúplex

Se produce una discrepancia en el dúplex cuando dos dispositivos conectados están configurados en diferentes modos dúplex. Esto puede suceder, por ejemplo, si uno está configurado para negociación automática mientras que el otro tiene un modo de operación fijo que es full duplex (sin negociación automática). En tales condiciones, el dispositivo de autonegociación detecta correctamente la velocidad de funcionamiento, pero no puede detectar correctamente el modo dúplex. Como resultado, establece la velocidad correcta pero asume el modo semidúplex.

Cuando un dispositivo funciona en dúplex completo mientras que el otro funciona en semidúplex, la conexión funciona de manera confiable solo con un rendimiento muy bajo. Un dispositivo full-duplex puede transmitir datos mientras los recibe. Sin embargo, si el dispositivo semidúplex recibe datos mientras los envía, detecta una colisión, aborta la transmisión y luego intenta reenviar la trama. El dispositivo full-duplex informará errores de secuencia de verificación de trama (FCS) en las transmisiones abortadas. Dependiendo del tiempo, el dispositivo semidúplex puede detectar una colisión tardía, que interpretará como un error grave en lugar de una consecuencia normal de CSMA/CD y es posible que no intente reenviar la trama. El dispositivo full-duplex no detecta ninguna colisión y asume que la trama se recibió sin errores. Esta combinación de colisiones (tardías) informadas en el extremo semidúplex y errores FCS informados por el extremo dúplex completo son indicadores de que existe una falta de coincidencia dúplex.

Patentes

La autonegociación está cubierta por las patentes estadounidenses EE.UU. patente 5.617.418, EE.UU. patente 5.687.174, Patente E de EE. UU. RE39,405 E, Patente E de EE. UU. RE39,116 E, Solicitud estadounidense 971018 (presentado el 2 de noviembre de 1992), Solicitud estadounidense 146729 (presentada el 1 de noviembre de 1993), Solicitud estadounidense 430143 (presentada el 26 de abril de 1995); Solicitudes de Patente Europea SN 93308568.0 (DE, FR, GB, IT, NL); Patente coreana nº 286791; patente taiwanesa nº 098359; patente japonesa nº 3705610; Patente japonesa 4234. Solicitudes SN H5-274147; Solicitudes de patente coreana SN 22995/93; Solicitudes de patente taiwanesas SN 83104531.

Negociación automática para Ethernet de par único

Debido a su naturaleza, Ethernet de par único tiene su propia variante opcional de negociación automática. Utiliza páginas de codificación diferencial de Manchester (DME) para negociar capacidades de forma semidúplex. Se utilizan dos velocidades de señalización diferentes: 10/5/2.5GBASE-T1, 1000BASE-T1, 100BASE-T1 y 10BASE-T1S admiten el modo de alta velocidad (HSM) a 16,667 Mbit/s y, opcionalmente, el modo de baja velocidad (LSM). a 625 kbit/s, mientras que 10BASE-T1L admite LSM y, opcionalmente, HSM.

La prioridad de selección para los modos negociados son:

1. 10GBASE-T1
2. 5GBASE-T1
3. 2.5GBASE-T1
4. 1000BASE-T1
5. 100BASE-T1
6. Duplex completo 10BASE-T1S
7. 10BASE-T1S medio duplex
8. 10BASE-T1L