Ethernet sobre 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.

Ethernet inicial usaba varios grados de cable coaxial, pero en 1984, StarLAN mostró el potencial del par trenzado simple sin blindaje. Esto condujo al desarrollo de 10BASE-T y sus sucesores 100BASE-TX, 1000BASE-T y 10GBASE-T, que admiten velocidades de 10 y 100 megabit por segundo, luego 1 y 10 gigabit por segundo, respectivamente.

Dos nuevas variantes de Ethernet de 10 megabits por segundo sobre un par trenzado único, conocidas como 10BASE-T1S y 10BASE-T1L, fueron estandarizado en IEEE Std 802.3cg-2019. 10BASE-T1S tiene su origen en la industria automotriz y puede ser útil en otras aplicaciones de corta distancia donde hay un ruido eléctrico considerable. 10BASE-T1L es una Ethernet de larga distancia que admite conexiones de hasta 1 km de longitud. Ambos estándares están encontrando aplicaciones que implementan la Internet de las cosas.

Los estándares anteriores usan conectores modulares 8P8C y los estándares de cable admitidos van desde la Categoría 3 a la Categoría 8. Estos cables suelen tener cuatro pares de cables para cada conexión, aunque los primeros Ethernet usaban 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 e IEC 63171-6.

Historia

Los dos primeros diseños de redes de par trenzado fueron StarLAN, estandarizado por la Asociación de Estándares IEEE como IEEE 802.3e en 1986, a un megabit por segundo, y LattisNet, desarrollado en enero de 1987, a 10 megabits por segundo. Ambos se desarrollaron antes del estándar 10BASE-T (publicado en 1990 como IEEE 802.3i) y usaban una señalización diferente, por lo que no eran directamente compatibles con él.

En 1988, AT&T lanzó StarLAN 10, llamada así por funcionar a 10 Mbit/s. La señalización StarLAN 10 se utilizó como base de 10BASE-T, con la adición de link beat para indicar rápidamente el estado de la conexión.

El uso de cableado de par trenzado en una topología en estrella solucionó varios puntos débiles de los estándares Ethernet anteriores:

• Ya se utilizaron cables de doble presión para el servicio telefónico y ya estaban presentes en muchos edificios de oficinas, lo que redujo el costo general del despliegue
• La topología estrella centralizada también se utilizaba con frecuencia para el cableado de servicio telefónico, en lugar de la topología de autobús requerida por estándares Ethernet anteriores
• Usar enlaces punto a punto fue menos propenso al fracaso y una solución de problemas muy simplificada en comparación con un autobús compartido
• El intercambio de centros de repetidores baratos para centros de conmutación más avanzados proporcionó una ruta de actualización viable
• Mezclando diferentes velocidades en una sola red se hizo posible con la llegada de Fast Ethernet
• Dependiendo de los grados de cable, la actualización posterior a Gigabit Ethernet o más rápido podría lograrse reemplazando los interruptores de red

Aunque 10BASE-T rara vez se usa como una velocidad de señalización de operación normal en la actualidad, todavía se usa ampliamente con los controladores de interfaz de red en el modo de apagado Wake-on-LAN y para aplicaciones especiales de baja potencia y bajo ancho de banda. aplicaciones 10BASE-T sigue siendo compatible con la mayoría de los puertos Ethernet de par trenzado con una velocidad de hasta Gigabit Ethernet.

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 la transmisión de 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 un dígito después de la T, como TX o T4, en referencia al método de codificación y el número de carriles

Cableado

Terminación ANSI/TIA-568 T568A

Pin	Pareja	Wire	Color
1	3	punta	blanco/verde
2	3	anillo	verde
3	2	punta	blanco/orange
4	1	anillo	azul
5	1	punta	blanco/azul
6	2	anillo	naranja
7	4	punta	blanco/marrón
8	4	anillo	marrón

Rescisión ANSI/TIA-568 T568B

Pin	Pareja	Wire	Color
1	2	punta	blanco/orange
2	2	anillo	naranja
3	3	punta	blanco/verde
4	1	anillo	azul
5	1	punta	blanco/azul
6	3	anillo	verde
7	4	punta	blanco/marrón
8	4	anillo	marrón

La mayoría de los cables Ethernet se conectan de forma "directa" (pin 1 a pin 1, pin 2 a pin 2, y así sucesivamente). En algunos casos, el "cruce" (recibir para transmitir y transmitir para recibir) todavía puede ser necesario.

Los cables para Ethernet se pueden conectar 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 conector denominado 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 están conectados 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 (regular) o de enlace ascendente, es decir, usando pinout 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 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.

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. A diferencia de los estándares Ethernet anteriores que usan banda ancha y cable coaxial, como 10BASE5 (red gruesa) y 10BASE2 (red delgada), 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 los 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. Los probadores de cables están 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 sin blindaje de calibre 24. Sin embargo, con cableado de alta calidad, a menudo se pueden lograr tramos de cable confiables de 150 metros o más y los técnicos familiarizados con la especificación 10BASE-T los consideran viables.

100BASE-TX sigue los mismos patrones de cableado que 10BASE-T, pero es más sensible a la calidad y la longitud del cable debido a las tasas de bits más altas.

1000BASE-T utiliza los cuatro pares de forma bidireccional mediante canceladores y circuitos híbridos. Los datos se codifican usando 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. Mientras que +2 V a −2 V pueden aparecer en los pines de la línea conductor, el voltaje en el cable es nominalmente +1 V, +0,5 V, 0 V, −0,5 V y −1 V.

100BASE-TX y 1000BASE-T se diseñaron 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.

Cable compartido

10BASE-T y 100BASE-TX requieren solo dos pares (pines 1–2, 3–6) para funcionar. Dado que el cable de categoría 5 común tiene cuatro pares, es posible usar los pares de repuesto (patillas 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 de telefonía simple (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'). 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 de Ethernet de un solo par 10BASE-T1, 100BASE-T1 y 1000BASE-T1 están diseñadas para aplicaciones industriales y automotrices o como canales de datos opcionales en otros interconectar aplicaciones. El par único funciona en dúplex completo y tiene un alcance máximo de 15 m o 49 pies (segmento de enlace 100BASE-T1, 1000BASE-T1 tipo A) o hasta 40 m o 130 pies (segmento de enlace 1000BASE-T1 tipo B) con hasta a 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 solo par de 15 m está estandarizado en 802.3ch-2020. A partir de 2021, el grupo de trabajo P802.3cy está examinando velocidades de 25, 50 y 100 Gb/s en longitudes de hasta 11 m.

Al igual que PoE, Power over Data Lines (PoDL) puede proporcionar hasta 50 W a un dispositivo.

Conectores

• Conector modular 8P8C: Para usos estacionarios 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 soportan hasta el cableado Cat 8 se definen para este formato de conector.
• M12X: Este es el conector M12 designado para Ethernet, estandarizado como IEC 61076-2-109. Es un tornillo metálico de 12 mm que alberga 4 pares blindados de pins. El ancho de banda nominal es de 500 MHz (Cat 6A). La familia de conectores se utiliza en entornos química y mecánicamente duros, como la automatización de fábricas y el transporte. Su tamaño es similar al conector modular.
• ix Industrial: Este conector está diseñado para ser pequeño pero fuerte. Tiene 10 pines y un mecanismo de bloqueo diferente al conector modular. Estándarizado como IEC 61076-3-124, su ancho de banda nominal es 500 MHz (Cat 6A).
• Pago único Ethernet define sus propios conectores:
  • IEC 63171-1 “LC”: Este es un conector de 2 pines con una pestaña de bloqueo similar al conector modular, si es más grueso.
  • IEC 63171-6 “industrial”: Este estándar define 5 conectores de 2 pines que difieren en sus mecanismos de bloqueo y un conector de 4 pines con pines dedicados para el poder. Los mecanismos de bloqueo van desde una pestaña de bloqueo de metal a los conectores M8 y M12 con bloqueo de tornillo o push-pull. El conector 4-pin solo se define con el bloqueo de tornillo M8.

Autonegociación y dúplex

Ethernet sobre los estándares de par trenzado hasta Gigabit Ethernet definen tanto la comunicación full-duplex como la half-duplex. Sin embargo, la operación semidúplex para velocidad gigabit no es compatible con ningún hardware existente. Los estándares de mayor velocidad, 2.5GBASE-T hasta 40GBASE-T que se ejecutan de 2,5 a 40 Gbit/s, por lo tanto, definen solo enlaces punto a punto de dúplex completo que generalmente están conectados mediante conmutadores de red y no son compatibles con los enlaces compartidos tradicionales. funcionamiento medio de CSMA/CD.

Existen muchos modos diferentes de operaciones (10BASE-T semidúplex, 10BASE-T dúplex completo, 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 hacer una conexión 1000BASE-T que funcione.

Cuando dos interfaces vinculadas se configuran en diferentes modos dúplex, el efecto de este desajuste dúplex es una red que funciona mucho más lentamente que su velocidad nominal. La discrepancia de dúplex puede producirse inadvertidamente cuando un administrador configura una interfaz en un modo fijo (por ejemplo, dúplex completo de 100 Mbit/s) y no puede configurar la interfaz remota, dejándola configurada para la negociación automática. Luego, cuando falla el proceso de negociación automática, el lado de negociación automática del enlace asume el semidúplex.

Variantes

Comparación de capas de transporte físico Ethernet basadas en retorcidos (TP-PHYs)

Nombre	Estándar	Situación	Velocidad (Mbit/s)	Parejas requeridas	Carriles por dirección	Tasa de datos eficiencia (bit/s/Hz)	Código de línea	Tasa de signatura por carril (MBd)	Ancho de banda (MHz)	Distancia máxima (m)	Cable	Valoración de cable (MHz)	Usage
StarLAN-1 1BASE5	802.3e-1987	obsoleto	1	2	1	1	PE	1	1	250	grado de voz	~12	LAN
StarLAN-10	802.3e-1988	obsoleto	10	2	1	1	PE	10	10	~100	grado de voz	~12	LAN
LattisNet	pre 802.3i-1990	obsoleto	10	2	1	1	PE	10	10	100	grado de voz	~12	LAN
10BASE-T	802.3i-1990 (CL14)	legado	10	2	1	1	PE	10	10	100	Gato 3	16	LAN
10BASE-T1S	802.3cg-2019	corriente	10	1	1	0,8	4B5B DME	25	12,5	15 o 25	Gato 5	25	Automotriz, IoT, M2M
10BASE-T1L	802.3cg-2019	corriente	10	1	1	2.66	4B3T PAM-3	7.5	3.75	1.000	Gato 5	20	Automotriz, IoT, M2M
100BaseVG	802.12-1995	obsoleto	100	4	4	1.66	5B6B Medio dúplex sólo	30	15	100	Gato 3	16	Fallo del mercado
100BASE-T4	802.3u-1995	obsoleto	100	4	3	2.66	8B6T PAM-3 Medio dúplex sólo	25	12,5	100	Gato 3	16	Fallo del mercado
100BASE-T2	802.3y-1997	obsoleto	100	2	2	4	LFSR PAM-5	25	12,5	100	Gato 3	16	Fallo del mercado
100BASE-T1	802.3bw-2015 (CL96)	corriente	100	1	1	2.66	4B3B PAM-3	75	37,5	15	Gato 5e	100	Automotriz, IoT, M2M
100BASE-TX	802.3u-1995	corriente	100	2	1	3.2	4B5B MLT-3 NRZ-I	125	31.25	100	Gato 5	100	LAN
1000BASE‐TX	802.3ab-1999, TIA/EIA 854 (2001)	obsoleto	1.000	4	2	4	PAM-5	250	125	100	Gato 6	250	Fallo del mercado
1000BASE‐T	802.3ab-1999 (CL40)	corriente	1.000	4	4	4	TCM 4D-PAM-5	125	62,5	100	Gato 5	100	LAN
1000BASE-T1	802.3bp-2016	corriente	1.000	1	1	2.66	PAM-3 80B/81B RS-FEC	750	375	40	Cat 6A	500	Automotriz, IoT, M2M
2.5GBASE-T	802.3bz-2016	corriente	2.500	4	4	6.25	64B65B PAM-16 128-DSQ	200	100	100	Gato 5e	100	LAN
5GBASE-T	802.3bz-2016	corriente	5.000	4	4	6.25	64B65B PAM-16 128-DSQ	400	200	100	Gato 6	250	LAN
10GBASE-T	802.3an-2006	corriente	10.000.	4	4	6.25	64B65B PAM-16 128-DSQ	800	400	100	Cat 6A	500	LAN
25GBASE-T	802.3bq-2016 (CL113)	corriente	25.000	4	4	6.25	PAM-16 RS-FEC (192, 186) LDPC	2.000	1.000	30	Gato 8	2.000	LAN, Data Centre
40GBASE-T	802.3bq-2016 (CL113)	corriente	40.000	4	4	6.25	PAM-16 RS-FEC (192, 186) LDPC	3.200	1.600	30	Gato 8	2.000	LAN, Data Centre
Nombre	Estándar	Situación	Velocidad (Mbit/s)	Parejas requeridas	Carriles por dirección	Tasa de datos eficiencia (bit/s/Hz)	Código de línea	Tasa de signatura por carril (MBd)	Ancho de banda (MHz)	Distancia máxima (m)	Cable	Valoración de cable (MHz)	Usage