Gigabit Ethernet

Controlador de interfaz de red Intel PRO/1000 GT PCI

En redes informáticas, Gigabit Ethernet (GbE o 1 GigE) es el término que se aplica a la transmisión de tramas Ethernet a una velocidad de un gigabit. por segundo. La variante más popular, 1000BASE-T, está definida por el estándar IEEE 802.3ab. Comenzó a utilizarse en 1999 y reemplazó a Fast Ethernet en las redes locales cableadas debido a su considerable mejora en la velocidad con respecto a Fast Ethernet, así como al uso de cables y equipos ampliamente disponibles, económicos y similares a los estándares anteriores.

Historia

Ethernet fue el resultado de una investigación realizada en Xerox PARC a principios de la década de 1970 y luego evolucionó hasta convertirse en un protocolo de capa de enlace y físico ampliamente implementado. Fast Ethernet aumentó la velocidad de 10 a 100 megabits por segundo (Mbit/s). Gigabit Ethernet fue la siguiente iteración, aumentando la velocidad a 1000 Mbit/s.

• El estándar inicial para Gigabit Ethernet fue producido por el IEEE en junio de 1998 como IEEE 802.3z, y la fibra óptica necesaria. 802.3z se conoce comúnmente como 1000BASE-X, donde -X se refiere a ya sea -CX, -SX, -LX, o (no estándar) -ZX. (Para la historia detrás de la "X" ver Fast Ethernet § Nomenclature.)
• IEEE 802.3ab, ratificada en 1999, define la transmisión Gigabit Ethernet sobre par trenzado (UTP) de la categoría 5, 5e o 6 cabling, y se conoce como 1000BASE-T. Con la ratificación de 802.3ab, Gigabit Ethernet se convirtió en una tecnología de escritorio ya que las organizaciones podrían utilizar su infraestructura de cableado de cobre existente.
• IEEE 802.3ah, ratificado en 2004, añadió dos estándares de fibra gigabit más: 1000BASE-LX10 (que ya se implementó ampliamente como extensión de proveedores específicos) y 1000BASE-BX10. Esto fue parte de un grupo más grande de protocolos conocidos como Ethernet en la primera milla.

Al principio, Gigabit Ethernet se implementó en enlaces de red troncal de alta capacidad (por ejemplo, en una red de campus de alta capacidad). En 2000, el Power Mac G4 y el PowerBook G4 de Apple fueron las primeras computadoras personales producidas en masa que presentaban la conexión 1000BASE-T. Rápidamente se convirtió en una función integrada en muchas otras computadoras.

Los enlaces gigabit semidúplex conectados a través de concentradores repetidores formaban parte de la especificación IEEE, pero la especificación ya no se actualiza y se utiliza exclusivamente la operación dúplex completo con conmutadores.

Variedades

1000BASE-T tarjeta de interfaz de red capaz hecha por Intel, que se conecta al ordenador a través de PCI-X

Hay cinco estándares de capa física para Gigabit Ethernet que utilizan fibra óptica (1000BASE-X), cable de par trenzado (1000BASE-T) o cable de cobre balanceado blindado (1000BASE-CX).

El estándar IEEE 802.3z incluye 1000BASE-SX para transmisión a través de fibra multimodo, 1000BASE-LX para transmisión a través de fibra monomodo y el casi obsoleto 1000BASE-CX para transmisión a través de cableado de cobre balanceado blindado. Estos estándares utilizan la codificación 8b/10b, que aumenta la velocidad de la línea en un 25 %, de 1000 Mbit/s a 1250 Mbit/s, para garantizar una señal equilibrada de CC y permitir la recuperación del reloj. Luego, los símbolos se envían mediante NRZ.

Los transceptores de fibra óptica suelen implementarse como módulos intercambiables por el usuario en formato SFP o GBIC en dispositivos más antiguos.

IEEE 802.3ab, que define el tipo de interfaz 1000BASE-T ampliamente utilizado, utiliza un esquema de codificación diferente para mantener la tasa de símbolos lo más baja posible, lo que permite la transmisión por par trenzado.

IEEE 802.3ap define la operación de Ethernet sobre backplanes eléctricos a diferentes velocidades.

Ethernet en la primera milla luego agregó 1000BASE-LX10 y -BX10.

Cobre

1000BASE-T

Supermicro AOC-SGP-I2 dual-port Gigabit Ethernet NIC, una tarjeta PCI Express ×4

1000BASE-T (también conocido como IEEE 802.3ab) es un estándar para Gigabit Ethernet sobre cableado de cobre.

Se recomienda que cada segmento de red 1000BASE-T tenga una longitud máxima de 100 metros (330 pies) y debe usar cable de categoría 5 o superior (incluidos Cat 5e y Cat 6).

La negociación automática es un requisito para usar 1000BASE-T de acuerdo con la Sección 28D.5 Extensiones requeridas para la Cláusula 40 (1000BASE-T). Al menos se debe negociar la fuente del reloj, ya que un punto final debe ser maestro y el otro punto final debe ser esclavo.

A diferencia de 10BASE-T y 100BASE-TX, 1000BASE-T utiliza cuatro carriles en los cuatro pares de cables para la transmisión simultánea en ambas direcciones mediante el uso de cancelación de eco con ecualización adaptable denominada circuitos híbridos (esto es como un teléfono híbrido) y modulación de amplitud de pulso de cinco niveles (PAM-5). La tasa de símbolos es idéntica a la de 100BASE-TX (125 megabaudios) y la inmunidad al ruido de la señalización de cinco niveles también es idéntica a la de la señalización de tres niveles en 100BASE-TX, ya que 1000BASE-T utiliza trellis de cuatro dimensiones. modulación codificada (TCM) para lograr una ganancia de codificación de 6 dB en los cuatro pares.

Dado que la negociación se lleva a cabo en solo dos pares, si se conectan dos interfaces gigabit a través de un cable con solo dos pares, las interfaces elegirán correctamente 'gigabit' como el máximo común denominador (HCD), pero el enlace nunca aparecerá. La mayoría de los dispositivos físicos gigabit tienen un registro específico para diagnosticar este comportamiento. Algunos controladores ofrecen un "Ethernet@Wirespeed" opción donde esta situación conduce a una conexión más lenta pero funcional.

Los datos se transmiten a través de cuatro pares de cobre, ocho bits a la vez. Primero, ocho bits de datos se expanden en cuatro símbolos de tres bits a través de un procedimiento de codificación no trivial basado en un registro de desplazamiento de retroalimentación lineal; esto es similar a lo que se hace en 100BASE-T2, pero usa diferentes parámetros. Luego, los símbolos de tres bits se asignan a niveles de voltaje que varían continuamente durante la transmisión. Un ejemplo de mapeo es el siguiente:

Configuración automática de MDI/MDI-X se especifica como una característica opcional en el estándar 1000BASE-T, lo que significa que los cables directos a menudo funcionarán entre interfaces compatibles con gigabits. Esta función elimina la necesidad de cables cruzados, lo que hace obsoletos los puertos de enlace ascendente/normales y los conmutadores selectores manuales que se encuentran en muchos concentradores y conmutadores más antiguos y reduce en gran medida los errores de instalación.

Para ampliar y maximizar el uso del cableado Cat-5e y Cat-6 existente, los estándares adicionales de próxima generación 2.5GBASE-T y 5GBASE-T funcionarán a 2,5 y 5,0 Gbit/s, respectivamente, en el cobre existente. infraestructura diseñada para su uso con 1000BASE-T. Se basa en 10GBASE-T pero utiliza frecuencias de señalización más bajas.

1000BASE-T1

IEEE 802.3 estandarizó 1000BASE-T1 en IEEE Std 802.3bp-2016. Define Gigabit Ethernet sobre un solo par trenzado para aplicaciones automotrices e industriales. Incluye especificaciones de cable para alcance de 15 metros (tipo A) o 40 metros (tipo B). La transmisión se realiza mediante PAM-3 a 750 MBd.

1000BASE-TX

La Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (TIA) creó y promovió un estándar similar a 1000BASE-T que era más simple de implementar, llamándolo 1000BASE-TX (TIA/EIA-854). En teoría, el diseño simplificado habría reducido el costo de la electrónica requerida al usar solo cuatro pares unidireccionales (dos pares TX y dos pares RX) en lugar de cuatro pares bidireccionales. Sin embargo, esta solución ha sido un fracaso comercial, probablemente debido al cableado de Categoría 6 requerido y la rápida caída del costo de los productos 1000BASE-T.

1000BASE-CX

802.3z-1998 CL39 estandarizado 1000BASE-CX es un estándar inicial para conexiones Gigabit Ethernet con distancias máximas de 25 metros usando par trenzado blindado balanceado y conector DE-9 u 8P8C (con un pinout diferente de 1000BASE-T). La corta longitud del segmento se debe a una tasa de transmisión de señal muy alta. Aunque todavía se usa para aplicaciones específicas donde el cableado lo realizan profesionales de TI, por ejemplo, IBM BladeCenter usa 1000BASE-CX para las conexiones Ethernet entre los servidores blade y los módulos de conmutación, 1000BASE-T lo ha reemplazado para el uso general de cableado de cobre..

1000BASE-KX

802.3ap-2007 CL70 estandarizado 1000BASE-KX es parte del estándar IEEE 802.3ap para el funcionamiento de Ethernet sobre backplanes eléctricos. Este estándar define de uno a cuatro carriles de enlaces de backplane, un par diferencial RX y uno TX por carril, con un ancho de banda de enlace que oscila entre 100 Mbit y 10 Gbit por segundo (desde 100BASE-KX hasta 10GBASE-KX4). La variante 1000BASE-KX utiliza una velocidad de señalización eléctrica (no óptica) de 1,25 GBd.

Fibra óptica

1000BASE-X se utiliza en la industria para referirse a la transmisión Gigabit Ethernet a través de fibra, donde las opciones incluyen 1000BASE-SX, 1000BASE-LX, 1000BASE-LX10, 1000BASE-BX10 o no estándar: Implementaciones EX y -ZX. Se incluyen variantes de cobre que utilizan el mismo código de línea 8b/10b. 1000BASE-X se basa en los estándares de capa física desarrollados para Fibre Channel.

1000BASE-SX

1000BASE-SX es un estándar Gigabit Ethernet de fibra óptica para operar sobre fibra multimodo utilizando una longitud de onda de luz infrarroja cercana (NIR) de 770 a 860 nanómetros.

El estándar especifica una longitud máxima de 220 metros para fibra multimodo de 62,5 μm/160 MHz×km, 275 m para fibra de 62,5 μm/200 MHz×km, 500 m para fibra de 50 μm/400 MHz×km y 550 m para fibra multimodo de 50 μm/500 MHz×km. Los fabricantes de cables de fibra óptica han ampliado el alcance de 1000BASE-SX a al menos 1 km cuando se utiliza con grados de fibra óptica más modernos, como OM3 y OM4.

Este estándar es muy popular para enlaces dentro de edificios en grandes edificios de oficinas, instalaciones de ubicación compartida e intercambios de Internet independientes del operador.

Especificaciones de potencia óptica de la interfaz SX: potencia de salida mínima = −9,5 dBm. Sensibilidad de recepción mínima = −17 dBm.

1000BASE-LSX

1000BASE-LSX no es estándar pero es aceptado por la industria término para referirse a la transmisión Gigabit Ethernet. Es muy similar a 1000BASE-SX pero logra distancias más largas de hasta 2 km a través de un par de fibras multimodo debido a una óptica de mayor calidad que una SX, que funciona con láseres de longitud de onda de 1310 nm. Se confunde fácilmente con 1000BASE-SX o 1000BASE-LX porque el uso de -LX, -LX10 y -SX es ambiguo entre los proveedores. El rango se logra con el uso del transmisor láser Fabry Perot.

1000BASE-LX

1000BASE-LX es un estándar Gigabit Ethernet de fibra óptica especificado en la cláusula 38 de IEEE 802.3 que utiliza un láser de longitud de onda larga (1270-1355 nm) y un ancho espectral RMS máximo de 4 nm.

1000BASE-LX está especificado para funcionar en una distancia de hasta 5 km a través de fibra monomodo de 10 μm.

1000BASE-LX también puede funcionar con todos los tipos comunes de fibra multimodo con una longitud máxima de segmento de 550 m. Para distancias de enlace superiores a 300 m, es posible que se requiera el uso de un latiguillo de acondicionamiento de lanzamiento especial. Esto lanza el láser en un desplazamiento preciso desde el centro de la fibra, lo que hace que se extienda a lo largo del diámetro del núcleo de la fibra, lo que reduce el efecto conocido como retardo de modo diferencial que ocurre cuando el láser se acopla a solo una pequeña cantidad de modos disponibles en fibra multimodo.

1000BASE-LX10

1000BASE-LX10 se estandarizó seis años después de las versiones iniciales de fibra gigabit como parte del grupo de trabajo Ethernet en la primera milla. Es prácticamente idéntico a 1000BASE-LX, pero logra distancias más largas de hasta 10 km sobre un par de fibra monomodo debido a la óptica de mayor calidad. Antes de que se estandarizara, 1000BASE-LX10 ya era esencialmente un uso generalizado por parte de muchos proveedores como una extensión propietaria llamada 1000BASE-LX/LH o 1000BASE-LH.

1000BASE-EX

1000BASE-EX es un término no estándar pero aceptado por la industria para referirse a la transmisión Gigabit Ethernet. Es muy similar a 1000BASE-LX10, pero logra distancias más largas de hasta 40 km a través de un par de fibras monomodo debido a una óptica de mayor calidad que una LX10, que funciona con láseres de longitud de onda de 1310 nm. A veces se denomina LH (Long Haul) y se confunde fácilmente con 1000BASE-LX10 o 1000BASE-ZX porque el uso de -LX(10), -LH, -EX y -ZX es ambiguo entre los proveedores. 1000BASE-ZX es una variante de mayor alcance no estándar muy similar que utiliza una óptica de longitud de onda de 1550 nm.

1000BASE-BX10

1000BASE-BX10 tiene una capacidad de hasta 10 km en un solo hilo de fibra monomodo, con una longitud de onda diferente en cada dirección. Los terminales a cada lado de la fibra no son iguales, ya que el que transmite aguas abajo (desde el centro de la red hacia el exterior) usa la longitud de onda de 1490 nm, y el que transmite aguas arriba usa la longitud de onda de 1310 nm. Esto se logra utilizando un prisma divisor pasivo dentro de cada transceptor.

Otras ópticas de hilo único de mayor potencia no estándar comúnmente conocidas como "BiDi" (bidireccional) utilizan pares de longitudes de onda en el rango de 1490/1550 nm y son capaces de alcanzar distancias de 20, 40 y 80 km, o más, según el costo del módulo, la pérdida de ruta de fibra, los empalmes, los conectores y los paneles de conexión. La óptica BiDi de muy largo alcance puede usar pares de longitud de onda de 1510/1590 nm.

1000BASE-ZX

1000BASE-ZX es un término no estándar pero de varios proveedores para referirse a la transmisión Gigabit Ethernet que utiliza una longitud de onda de 1550 nm para alcanzar distancias de al menos 70 kilómetros (43 millas) a través de fibra monomodo. Algunos proveedores especifican distancias de hasta 120 kilómetros (75 millas) sobre fibra monomodo, a veces denominada 1000BASE-EZX. Los rangos superiores a 80 km dependen en gran medida de la pérdida de ruta de la fibra en uso, específicamente la cifra de atenuación en dB por km, el número y la calidad de los conectores/paneles de conexión y empalmes ubicados entre los transceptores.

1000BASE‑CWDM

1000BASE-CWDM es un término no estándar pero aceptado por la industria para referirse a la transmisión Gigabit Ethernet. Es muy similar a 1000BASE-LX10 pero logra distancias más largas de hasta 40-120 km y hasta 18 canales paralelos a través de un par de fibras monomodo debido a una óptica de mayor calidad que LX10 y al uso de CWDM, que se ejecuta en 1270-1610 nm láseres de longitud de onda.

Para usar CWDM, necesita una unidad Mux/Demux en ambos extremos del enlace de fibra, un CWDM MUX/DEMUX con las longitudes de onda correspondientes y SFP con las longitudes de onda correspondientes. ¿También es posible DWDM en serie para aumentar el número de canales?

La mayoría de los usos de longitudes de onda: 1270 nm, 1290 nm, 1310 nm, 1330 nm, 1350 nm, 1370 nm, 1390 nm, 1410 nm, 1430 nm, 1450 nm, 1470 nm, 1490 nm, 1510 nm, 1510 nm, 1510 nm, 1510 nm nm, 1570 nm, 1590 nm y 1610 nm

CWDM es más barato de usar que DWDM, aproximadamente 1/5-1/3 del costo. CWDM es entre 5 y 10 veces más caro que los transceptores -LX/-LZ tradicionales si tiene la fibra disponible.

1000BASE‑DWDM

1000BASE-DWDM es un término no estándar pero aceptado por la industria para referirse a la transmisión Gigabit Ethernet. Es muy similar a 1000BASE-LX10 pero logra distancias más largas de hasta 40-120 km y hasta 64 a 160 canales paralelos a través de un par de fibras monomodo debido a una óptica de mayor calidad que LX10 y al uso de DWDM, que se ejecuta en 1528- Láseres de longitud de onda de 1565 nm.

Los canales más utilizados son CH17-61 en Wavelength 1528.77-1563-86 nm.

Para usar DWDM, necesita una unidad Mux/Demux en ambos extremos del enlace de fibra, un DWDM MUX/DEMUX con las longitudes de onda correspondientes y SFP con las longitudes de onda correspondientes. ¿También es posible utilizar CWDM en serie para aumentar el número de canales?

1000BASE-RHx

IEEE 802.3bv-2017 define y estandariza Gigabit Ethernet sobre fibra óptica plástica (POF) de índice escalonado mediante la codificación de bloque grande -R 64b/65b con luz roja (600–700 nm). 1000BASE-RHA está diseñado para uso doméstico y de consumo (simplemente sujetando el POF desnudo), 1000BASE-RHB para aplicaciones industriales y 1000BASE-RHC para aplicaciones automotrices.

Interoperabilidad óptica

Puede haber interoperabilidad óptica con las respectivas interfaces Ethernet 1000BASE-X en el mismo enlace. También es posible que ciertos tipos de ópticas tengan un desajuste en la longitud de onda.

Para lograr la interoperabilidad se deben cumplir algunos criterios:

• Codificación de líneas
• Wavelength
• Modo dúplex
• Cuenta de medios
• Tipo de medio y dimensión

1000BASE-X Ethernet no es compatible con 100BASE-X y no es compatible con 10GBASE-X.