Ethernet en la primera milla

Ethernet en la primera milla (EFM) se refiere al uso de una de las tecnologías de red informática de la familia Ethernet entre una empresa de telecomunicaciones y las instalaciones de un cliente. Desde el punto de vista del cliente, es su primera milla, aunque desde el punto de vista de la red de acceso se conoce como la última milla.

Un grupo de trabajo del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) elaboró los estándares conocidos como IEEE 802.3ah-2004, que luego se incluyeron en el estándar general IEEE 802.3-2008. El EFM se utiliza a menudo en implementaciones de redes ópticas activas.

Aunque se utiliza a menudo en empresas, también se lo conoce como Ethernet hasta el hogar (ETTH). Una familia de estándares conocida como red óptica pasiva Ethernet (EPON) utiliza una red óptica pasiva.

En el caso de las redes de área local, metropolitanas y amplias que utilizan diversas formas de Ethernet, el objetivo era eliminar el transporte no nativo, como Ethernet sobre el modo de transferencia asíncrono (ATM), de las redes de acceso.

Uno de los primeros esfuerzos fue la tecnología EtherLoop, inventada en Nortel Networks en 1996 y que luego se separó en la empresa Elastic Networks en 1998. Su inventor principal fue Jack Terry. La esperanza era combinar la naturaleza basada en paquetes de Ethernet con la capacidad de la tecnología de línea de abonado digital (DSL) para funcionar sobre los cables de acceso telefónico existentes. El nombre proviene de bucle local, que tradicionalmente describe los cables desde la oficina de una compañía telefónica hasta un abonado. El protocolo era semidúplex con control desde el lado del proveedor del bucle. Se adaptaba a las condiciones de la línea con un pico anunciado de 10 Mbit/s, pero lo más típico eran 4-6 Mbit/s, a una distancia de unos 12.000 pies (3.700 m). Las velocidades de símbolo eran de 1 megabaudio o 1,67 megabaudios, con 2, 4 o 6 bits por símbolo. El nombre del producto EtherLoop se registró como marca comercial en los EE. UU. y Canadá. La tecnología EtherLoop fue finalmente adquirida por Paradyne Networks en 2002, que a su vez fue adquirida por Zhone Technologies en 2005.

Otro esfuerzo fue el concepto promovido por Michael Silverton de utilizar variantes de Ethernet que utilizaban la comunicación por fibra óptica para clientes residenciales y comerciales. Este fue un ejemplo de lo que se conoce como fibra hasta el hogar (FTTH). La empresa Fiberhood Networks brindó este servicio desde 1999 hasta 2001.

Algunos de los primeros productos, que aparecieron alrededor del año 2000, fueron comercializados como 10BaseS por Infineon Technologies, aunque técnicamente no utilizaban señalización de banda base, sino banda de paso, como en la tecnología de línea de abonado digital de muy alta velocidad de bits (VDSL). En 1997, Peleg Shimon, Porat Boaz, Noam Alroy, Rubinstain Avinoam y Sfadya Yackow presentaron una patente. Long Reach Ethernet fue el nombre de producto que utilizó Cisco Systems a partir de 2001. Admitía modos de 5 Mbit/s, 10 Mbit/s y 15 Mbit/s, según la distancia.

En octubre de 2000, Howard Frazier lanzó una convocatoria de interés sobre "Ethernet en la última milla". En la reunión de noviembre de 2000, IEEE 802.3 creó el grupo de estudio "Ethernet en la primera milla" y, el 16 de julio de 2001, el grupo de trabajo 802.3ah. Paralelamente, los proveedores participantes formaron la Ethernet in the First Mile Alliance (EFMA) en diciembre de 2001 para promover la tecnología de acceso de suscriptores Ethernet y apoyar los esfuerzos de estandarización del IEEE. En una reunión anterior, la tecnología EtherLoop se denominó 100BASE-CU y otra tecnología se denominó EoVDSL para Ethernet sobre VDSL.

El estándar EFM del grupo de trabajo fue aprobado el 24 de junio de 2004 y publicado el 7 de septiembre de 2004 como IEEE 802.3ah-2004. En 2005, se incluyó en el estándar básico IEEE 802.3. En 2005, la EFMA fue absorbida por el Metro Ethernet Forum.

A principios de 2006, se comenzó a trabajar en un estándar de red óptica pasiva Ethernet de 10 gigabits por segundo (10G-EPON) de mayor velocidad, ratificado en 2009 como IEEE 802.3av. El trabajo sobre la EPON fue continuado por el grupo de trabajo IEEE P802.3bk EPON extendida, formado en marzo de 2012. Los principales objetivos de este grupo de trabajo incluían agregar soporte para las clases de presupuesto de energía PX30, PX40, PRX40 y PR40 tanto a 1G-EPON como a 10G-EPON. La enmienda 802.3bk fue aprobada por el IEEE-SA SB en agosto de 2013 y publicada poco después como el estándar IEEE Std 802.3bk-2013.

En noviembre de 2011, IEEE 802.3 comenzó a trabajar en el Protocolo EPON sobre Coaxial (EPoC).

El 4 de junio de 2020, el IEEE aprobó el estándar IEEE 802.3ca, que permite el funcionamiento simétrico o asimétrico con velocidades de bajada de 25 Gbit/s o 50 Gbit/s, y velocidades de subida de 10 Gbit/s, 25 Gbit/s o 50 Gbit/s en redes ópticas pasivas.

EFM define cómo se puede transmitir Ethernet a través de nuevos tipos de medios utilizando nuevas interfaces de capa física (PHY) de Ethernet:

• Policía de grado de voz. Estos nuevos cobre EFM (EFMCu), o Ethernet sobre cobre, interfaces permiten agregación opcional multi-pair
• Fibra óptica de longitud de onda larga (así como fibra dual de longitud de onda larga)
• Fibra punto a punto (P2MP). Estas nuevas interfaces se conocen bajo el nombre colectivo de redes ópticas Ethernet sobre pasivas (EPON).

EFM también aborda otras cuestiones necesarias para la implementación masiva de servicios Ethernet, como operaciones, administración y gestión (OA&M) y compatibilidad con tecnologías existentes (como la compatibilidad espectral del servicio telefónico tradicional para par trenzado de cobre).

• 2BASE-TL – definido en las cláusulas 61 y 63. Enlace punto a punto de alcance completo dúplex sobre cableado de cobre de grado de voz. 2BASE-TL PHY puede ofrecer un mínimo de 2 Mbit/s y un máximo de 5.69 Mbit/s sobre distancias de hasta 2700 m (9.000 pies), utilizando la tecnología ITU-T G.991.2 (G.SHDSL.bis) sobre un solo par de cobre.
• 10PASS-TS – definido en las cláusulas 61 y 62. Enlace punto-punto-punto-punto completo-dúplex sobre cableado de cobre de grado de voz. 10PASS-TS PHY puede ofrecer un mínimo de 10 Mbit/s sobre distancias de hasta 750 m (2460 ft), utilizando la tecnología ITU G.993.1 (VDSL) sobre un solo par de cobre.

• 100BASE-LX10 definida en la cláusula 58, que establece un punto a punto 100 Mbit/s Ethernet conecta un par de fibras de monomodo hasta al menos 10 km.
• 100BASE-BX10 definida en la cláusula 58, que establece un punto a punto 100 Mbit/s Enlaces Ethernet sobre una fibra individual de monomodo hasta al menos 10 km.
• 1000BASE-LX10 definida en la cláusula 59, que proporciona puntos a puntos 1000 Mbit/s Ethernet conecta un par de fibras de monomodo hasta al menos 10 km.
• 1000BASE-BX10 definida en la cláusula 59, que proporciona puntos a puntos 1000 Mbit/s Enlaces Ethernet sobre una fibra individual de monomodo hasta al menos 10 km.

La fibra hasta el hogar puede utilizar una red óptica pasiva.

• 1000BASE-PX10 definida en la Cláusula 60 (adjunto con IEEE Std 802.3ah-2004), que proporciona P2MP 1000 Mbit/s Enlaces Ethernet sobre PONs, a la distancia de al menos 10 km, a la división de al menos 1:16.
• 1000BASE-PX20 definida en la Cláusula 60 (adjunto con IEEE Std 802.3ah-2004), que proporciona P2MP 1000 Mbit/s Enlaces Ethernet sobre PONs, a la distancia de al menos 20 km, a la división de al menos 1:16.
• 1000BASE-PX30 definida en la Cláusula 60 (adicionada por IEEE Std 802.3bk-2013), que proporciona P2MP 1000 Mbit/s Enlaces Ethernet sobre PONs, a la distancia de al menos 20 km, a la división de al menos 1:32.
• 1000BASE-PX40 definida en la Cláusula 60 (adicionada por IEEE Std 802.3bk-2013), que proporciona P2MP 1000 Mbit/s Enlaces Ethernet sobre PONs, a la distancia de al menos 20 km, a la división de al menos 1:64.
• 10GBASE-PR10 definido en la Cláusula 91 (added by IEEE Std 802.3av-2009), que proporciona enlaces P2MP 10 Gbit/s Ethernet sobre PONs, a la distancia de al menos 10 km, a la división de al menos 1:16.
• 10GBASE-PR20 definido en la Cláusula 91 (adicionada por IEEE Std 802.3av-2009), que proporciona enlaces P2MP 10 Gbit/s Ethernet sobre PONs, a la distancia de al menos 20 km, a la división de al menos 1:16.
• 10GBASE-PR30 definido en la Cláusula 91 (added by IEEE Std 802.3av-2009), que proporciona enlaces P2MP 10 Gbit/s Ethernet sobre PONs, a la distancia de al menos 20 km, a la división de al menos 1:32.
• 10GBASE-PR40 definido en la Cláusula 60 (added by IEEE Std 802.3bk-2013), que proporciona enlaces P2MP 10 Gbit/s Ethernet sobre PONs, a la distancia de al menos 20 km, a la división de al menos 1:64.
• 25GBASE y 50GBASE añadido por IEEE Std 802.3ca-2020, que proporciona P2MP 25 Gbit/s Enlaces Ethernet sobre PONs, a la distancia de al menos 20 km, a la división de al menos 1:32. 50 Gbit/s a un único punto final se logra utilizando dos longitudes de onda diferentes de luz.

Además, la cláusula 57 define el OA&M a nivel de enlace, que incluye el descubrimiento, la supervisión del enlace, la indicación remota de fallas, los bucles de retorno y el acceso a variables.

2BASE-TL es una especificación de capa física (PHY) IEEE 802.3-2008 para un enlace Ethernet punto a punto de largo alcance y dúplex completo a través de un cableado de cobre apto para voz.

A diferencia de los PHY 10/100/1000, que ofrecen una única velocidad de 10, 100 o 1000 Mbit/s, la velocidad del enlace 2BASE-TL puede variar según las características del medio de cobre (como longitud, diámetro o calibre del cable, número de pares si el enlace es agregado, cantidad de diafonía entre los pares, etc.), los parámetros de enlace deseados (como margen de relación señal/ruido deseado, reducción de potencia, etc.) y las limitaciones espectrales regionales.

Las capas físicas 2BASE-TL ofrecen un mínimo de 2 Mbit/s a distancias de hasta 2,7 kilómetros (8900 pies), utilizando la tecnología ITU-T G.991.2 (G.SHDSL.bis) sobre un único par de cobre. Estas capas físicas también pueden admitir una agregación o unión opcional de múltiples pares de cobre, denominada función de agregación PME (PAF).

Para un solo par, la tasa de bits mínima posible del enlace es de 192 kbit/s (3 x 64 kbit/s) y la tasa de bits máxima es de 5,7 Mbit/s (89 x 64 kbit/s). En un cable de 0,5 mm con un margen de ruido de 3 dB y sin limitaciones espectrales, la tasa de bits máxima se puede lograr en distancias de hasta 1 kilómetro (3300 pies). A 6 kilómetros (20 000 pies), la tasa de bits máxima alcanzable es de aproximadamente 850 kbit/s.

El rendimiento de un enlace 2BASE-TL es inferior a la tasa de bits del enlace en un 5% en promedio, debido a la codificación de 64/65 octetos y la sobrecarga de PAF; ambos factores dependen del tamaño del paquete.

10PASS-TS es una especificación de capa física (PHY) IEEE 802.3-2008 para un enlace Ethernet punto a punto de corto alcance y dúplex completo a través de un cableado de cobre apto para voz.

Las capas físicas 10PASS-TS ofrecen un mínimo de 10 Mbit/s a distancias de hasta 750 metros (2460 pies), utilizando tecnología ITU-T G.993.1 (VDSL) sobre un único par de cobre. Estas capas físicas también pueden admitir una agregación o unión opcional de múltiples pares de cobre, denominada función de agregación PME (PAF).

A diferencia de otras capas físicas de Ethernet que proporcionan una única velocidad, como 10, 100 o 1000 Mbit/s, la velocidad de enlace 10PASS-TS puede variar, de manera similar a 2BASE-TL, dependiendo de las características del canal de cobre, como la longitud, el diámetro del cable (calibre), la calidad del cableado, la cantidad de pares si el enlace es agregado y otros factores.

VDSL es una tecnología de corto alcance diseñada para proporcionar banda ancha en distancias inferiores a 1 km de línea de par trenzado de cobre de calidad de voz, pero las velocidades de conexión de datos se deterioran rápidamente a medida que aumenta la distancia de la línea. Esto ha llevado a que se haga referencia a VDSL como una tecnología de "fibra hasta la acera", porque requiere una red de retorno de fibra para conectarse con una red de operador en distancias mayores.

El uso de VDSL Ethernet en los servicios de primera milla puede ser una forma útil de estandarizar la funcionalidad en redes Ethernet metropolitanas o, potencialmente, de distribuir servicios de acceso a Internet a través de cableado de calidad de voz en edificios de unidades multifamiliares. Sin embargo, VDSL2 ya ha demostrado ser un estándar versátil y más rápido con mayor alcance que VDSL.

• 10G-EPON
• Función de agregación de PME
• G.SHDSL
• 10BROAD36 – Ethernet sobre el amor por cable
• UIT G.993.2 VDSL2
• Red óptica pasiva

• Beck, Michael (2005). Ethernet en la primera milla: el estándar IEEE802.3ah EFM. McGraw-Hill Professional. ISBN 978-0-07-145506-0.
• Wael Diab; Howard M. Frazier (2006). Ethernet en la primera milla: acceso para todos. IEEE Standards Information Network. ISBN 9780738148380.

• 802.3-2018 IEEE Estándar para Ethernet – EFM está contenido en la sección 5
• "IEEE P802.3ah Ethernet en el primer equipo de tareas de la milla". sitio web oficial. IEEE 802 LAN/MAN standards committee. Retrieved 24 de marzo, 2022.
• Ethernet en la primera milla FAQ
• "Ethernet First Mile". sitio web comercial. Southern Communications. 2010. Archivado desde el original el 14 de agosto de 2011. Retrieved 4 de agosto, 2011.
• EFM Conocimiento Base de la UNH-IOL