Gigabit Ethernet

"GigE" vuelve a dirigir aquí. Para el protocolo de la cámara, consulte GigE vision .

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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 . Entró en uso en 1999 y ha reemplazado a Fast Ethernet en redes locales cableadas debido a su considerable mejora de velocidad sobre Fast Ethernet, así como al uso de cables y equipos que están ampliamente disponibles, son 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 más tarde se convirtió en un protocolo de capa física y de enlace 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 elaborado por IEEE en junio de 1998 como IEEE 802.3z , y requería fibra óptica . 802.3z se conoce comúnmente como 1000BASE-X, donde -X se refiere a -CX, -SX, -LX o (no estándar) -ZX. (Para conocer el historial detrás de la "X", consulte Fast Ethernet § Nomenclatura ).
• IEEE 802.3ab , ratificado en 1999, define la transmisión Gigabit Ethernet sobre cableado de par trenzado sin blindaje (UTP) de categoría 5, 5e o 6 , y se conoció como 1000BASE-T. Con la ratificación de 802.3ab, Gigabit Ethernet se convirtió en una tecnología de escritorio, ya que las organizaciones podían utilizar su infraestructura de cableado de cobre existente.
• IEEE 802.3ah , ratificado en 2004, agregó dos estándares de fibra gigabit más: 1000BASE-LX10 (que ya se implementó ampliamente como extensión específica del proveedor) y 1000BASE-BX10. Esto fue parte de un grupo más grande de protocolos conocidos como Ethernet en la Primera Milla .

Inicialmente, Gigabit Ethernet se implementó en enlaces de red troncal de alta capacidad (por ejemplo, en una red de campus de alta capacidad). En el año 2000, de Apple Power Mac G4 y PowerBook G4 fueron los primeros ordenadores personales fabricados en serie para ofrecer la conexión 1000BASE-T. ^[1] Rápidamente se convirtió en una función incorporada en muchas otras computadoras.

Los enlaces gigabit semidúplex conectados a través de concentradores repetidores formaban parte de la especificación IEEE, ^[2] pero la especificación ya no se actualiza y se utiliza exclusivamente el funcionamiento dúplex completo con conmutadores .

Variedades

Tarjeta de interfaz de red con capacidad 1000BASE-T fabricada por Intel , que se conecta a la computadora 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 sobre fibra multimodo , 1000BASE-LX para transmisión sobre fibra monomodo y el casi obsoleto 1000BASE-CX para transmisión sobre cableado de cobre balanceado blindado. Estos estándares utilizan codificación 8b / 10b , que aumenta la velocidad de línea en un 25%, de 1000 Mbit / sa 1250 Mbit / s, para garantizar una señal de CC equilibrada y permitir la recuperación del reloj. A continuación, los símbolos se envían mediante NRZ .

Los transceptores de fibra óptica se implementan con mayor frecuencia como módulos intercambiables por el usuario en forma 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 a través de par trenzado.

IEEE 802.3ap define el funcionamiento de Ethernet sobre placas posteriores eléctricas a diferentes velocidades.

Ethernet en First Mile luego agregó 1000BASE-LX10 y -BX10.

Cobre

Nombre	Estándar	Estado	Medio	Distancia especificada
1000BASE-T	IEEE 802.3ab	Actual	Cableado de par trenzado ( Cat-5, Cat-5e , Cat-6 , Cat-7 )	100 metros
1000BASE-T1	IEEE 802.3bp	Actual	cable de par trenzado balanceado simple	15 metros
1000BASE-TX	IEEE 802.3ab , TIA / EIA 854	obsoleto	Cableado de par trenzado (Cat-6, Cat-7)	100 metros

1000BASE-T

NIC Gigabit Ethernet de doble puerto Supermicro AOC-SGP-I2 , 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), ^{[3] [a]} y debe usar cable de Categoría 5 o mejor (incluidos Cat 5e y Cat 6 ).

La negociación automática es un requisito para usar 1000BASE-T ^{[4] de} acuerdo con la Sección 28D.5. Extensiones requeridas para la Cláusula 40 (1000BASE-T) . ^[5] Al menos se debe negociar la fuente de reloj, ya que un extremo debe ser maestro y el otro extremo debe ser esclavo.

A diferencia de 10BASE-T y 100BASE-TX , 1000BASE-T usa cuatro carriles en los cuatro pares de cables para la transmisión simultánea en ambas direcciones mediante el uso de cancelación de eco con ecualización adaptativa llamados circuitos híbridos ^[6] (esto es como un teléfono híbrido ) y modulación de amplitud de pulso de cinco niveles (PAM-5). La velocidad de símbolo 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 usa trellis de cuatro dimensiones modulación codificada (TCM) para lograr un 6  dB ganancia de codificación en los cuatro pares.

Dado que la negociación se lleva a cabo en solo dos pares, si dos dispositivos gigabit se conectan a través de un cable con solo dos pares, los dispositivos elegirán con éxito 'gigabit' como el denominador común más alto (HCD), pero el enlace nunca aparecerá. La mayoría de los dispositivos físicos gigabit tienen un registro específico para diagnosticar este comportamiento. Algunos controladores ofrecen una opción "Ethernet @ Wirespeed" donde esta situación conduce a una conexión más lenta pero funcional. ^[7]

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. Los símbolos de tres bits se asignan luego a niveles de voltaje que varían continuamente durante la transmisión. Un ejemplo de mapeo es el siguiente:

Símbolo	000	001	010	011	100	101	110	111
Nivel de señal de línea	0	+1	+2	−1	0	+1	−2	−1

La configuración automática MDI / MDI-X se especifica como una característica opcional en el estándar 1000BASE-T, ^[8] lo que significa que los cables de conexión directa a menudo funcionarán entre interfaces con capacidad gigabit. Esta característica elimina la necesidad de cables cruzados , haciendo obsoletos los puertos de enlace ascendente / normal 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 extender y maximizar el uso del cableado Cat-5e y Cat-6 existente, los estándares adicionales de próxima generación 2.5GBASE-T y 5GBASE-T operarán a 2.5 y 5.0 Gbit / s, respectivamente, en la infraestructura de cobre existente diseñada para utilizar con 1000BASE-T. ^[9] Se basa en 10GBASE-T pero utiliza frecuencias de señalización más bajas.

1000BASE-T1

IEEE 802.3 estandarizado 1000BASE-T1 en IEEE Std 802.3bp-2016. ^[10] 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). ^[11] El diseño simplificado, en teoría, habría reducido el costo de la electrónica requerida usando solo cuatro pares unidireccionales (dos pares TX y dos pares RX) en lugar de cuatro pares bidireccionales. Sin embargo, esta solución ha sido una falla comercial, ^{[ cita requerida ]} 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 conmutador, 1000BASE-T lo ha sucedido para el uso general de cableado de cobre. .^[12]

1000BASE-KX

802.3ap-2007 CL70 estandarizado 1000BASE-KX es parte del estándar IEEE 802.3ap para operación Ethernet sobre placas eléctricas. 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 varía de 100 Mbit a 10 Gbit por segundo (de 100BASE-KX a 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 las implementaciones no estándar -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 . ^[13]

Leyenda para TP-PHY basados ​​en fibra ^[14]

MMF FDDI 62,5 / 125 µm (1987)	MMF OM1 62,5 / 125 µm (1989)	MMF OM2 50/125 µm (1998)	MMF OM3 50/125 µm (2003)	MMF OM4 50/125 µm (2008)	MMF OM5 50/125 µm (2016)	SMF OS1 9/125 µm (1998)	SMF OS2 9/125 µm (2000)
160 MHz · km a 850 nm	200 MHz · km a 850 nm	500 MHz · km a 850 nm	1500 MHz · km a 850 nm	3500 MHz · km a 850 nm	3500 MHz · km @ 850 nm y 1850 MHz · km @ 950 nm	1 dB / km a 1300/1550 nm	0,4 dB / km a 1300/1550 nm

Nombre	Estándar	Estado	Medios de comunicación	OFC o RFC	Módulo transceptor	Alcance en km	# Medios	Carriles (⇅)	Notas
Gigabit Ethernet (GbE) - ( Velocidad de datos : 1000 Mbit / s - Código de línea : 8B / 10B × NRZ - Velocidad de línea: 1,25  GBd - Full-Duplex ( o Half-Duplex ))
1000BASE ‑SX	802.3z-1998 (CL38)	Actual	Fibra 770 - 860 nm	ST SC LC MT-RJ [15]	SFP GBIC enchufe directo	OM1: 0,275	2	1
						OM2: 0,55
						OM3: 1
1000BASE ‑LSX	propietario (no IEEE)	Actual	Fibra 1310 nm	LC	SFP	OM1: 2 [16]	2	1	específico del proveedor; Transmisor láser FP
						OM2: 1 [17]
						OM4: 2 [18]
1000BASE ‑LX	802.3z-1998 (CL38)	Actual	Fibra 1270-1355 nm	SC LC	Enchufe directo SFP GBIC	OM1: 0,55	2	1
						OM2: 0,55
						OM3: 0,55
						OSx: 5
1000BASE ‑LX10	802.3ah-2004 (CL59)	Actual	Fibra 1260-1360 nm	LC	SFP	OM1: 0,55	2	1	idéntico a -LX pero con mayor potencia / sensibilidad; comúnmente conocido simplemente como -LX o -LH antes de 802.3ah
						OM2: 0,55
						OM3: 0,55
						OSx: 10
1000BASE -BX10		Actual	Fibra TX: 1260-1360 nm RX: 1480-1500 nm			OSx: 10	1		a menudo denominado simplemente -BX
1000BASE -EX	propietario (no IEEE)	Actual	Fibra 1310 nm	SC LC	SFP GBIC	OSx: 40	2	1	específico del proveedor
1000BASE ‑ZX / ‑EZX	propietario (no IEEE)	Actual	Fibra 1550 nm	SC LC	SFP GBIC	OSx: 70	2	1	específico del proveedor
1000BASE ‑RHx	802.3bv-2017 (CL115)	Actual	Fibra 650 nm	FOT (PMD / MDI)	N / A	POF : ≤ 0,05	1	1	Automotriz , Industria , Hogar ; [19] [20] Código de línea: 64b65b × PAM16 Velocidad de línea: 325 MBd Variantes: -RHA (50 m), -RHB (40 m), -RHC (15 m).
1000BASE -PX	802.3ah- 2004802.3bk-2013 (CL60)	Actual	Fibra TX: 1270 nm RX: 1577 nm	CAROLINA DEL SUR	SFP XFP	OSx: 10 - 40	1	1	EPON ; FTTH ; utilizando topología punto a multipunto.
1000BASE ‑CWDM [21] [22]	UIT-T G.694.2	Actual	Fibra 1270-1610 nm	LC	SFP	OSx: 40 - 100	2	1	CWDM hace posible tener múltiples canales paralelos sobre 2 fibras; ancho de banda espectral 11 nm; capaz de 18 canales paralelos
1000BASE ‑DWDM [23] [22]	UIT-T G.694.1	Actual	Fibra 1528-1565 nm	LC	SFP	OSx: 40 - 120	2	1	DWDM hace posible tener múltiples canales paralelos sobre 2 fibras; ancho de banda espectral 0,2 nm; capaz de 45 a 160 canales paralelos

1000BASE-SX

1000BASE-SX es una fibra óptica estándar Gigabit Ethernet para la operación a través de fibra multimodo utilizando un 770-860 nanómetros , infrarrojo cercano (NIR) de luz de longitud de onda .

El estándar especifica una longitud máxima de 220 metros para fibra multimodo de 62,5 μm / 160  MHz × km , 275 m para 62,5 μm / 200 MHz × km, 500 m para 50 μm / 400 MHz × km y 550 m para 50 μm / Fibra multimodo de 500 MHz × km. ^{[24] [25]} En la práctica, con fibra, óptica y terminaciones de buena calidad, 1000BASE-SX generalmente funcionará en distancias significativamente más largas. ^{[ cita requerida ]}

Este estándar es muy popular para enlaces dentro de edificios en grandes edificios de oficinas, instalaciones de coubicación e intercambios de Internet sin 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 es un término no estándar pero aceptado por la industria ^[26] para referirse a la transmisión Gigabit Ethernet. Es muy similar a 1000BASE-SX, pero alcanza distancias más largas de hasta 2 km sobre un par de fibras multimodo debido a una óptica de mayor calidad que un 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 proveedores. El alcance se logra con el uso del transmisor láser Fabry Perot .

1000BASE-LX

1000BASE-LX es un estándar Gigabit Ethernet de fibra óptica especificado en IEEE 802.3 Cláusula 38 que utiliza un láser de longitud de onda larga (1.270–1.355 nm) y un ancho espectral RMS máximo de 4 nm.

1000BASE-LX está especificado para trabajar en una distancia de hasta 5 km sobre 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 cable de conexión especial para acondicionamiento de lanzamiento. ^[27] Esto lanza el láser a un desplazamiento preciso desde el centro de la fibra, lo que hace que se extienda a través del diámetro del núcleo de la fibra, reduciendo el efecto conocido como retardo de modo diferencial que ocurre cuando el láser se acopla solo a un pequeño número de modos disponibles en fibra multimodo.

1000BASE-LX10

1000BASE-LX10 se estandarizó seis años después de las versiones iniciales de fibra gigabit como parte de Ethernet en el grupo de tareas First Mile . Es prácticamente idéntico a 1000BASE-LX, pero alcanza distancias más largas de hasta 10 km sobre un par de fibra monomodo debido a una óptica de mayor calidad. Antes de que se estandarizara, 1000BASE-LX10 esencialmente ya estaba en uso generalizado por muchos proveedores como una extensión propietaria llamada 1000BASE-LX / LH o 1000BASE-LH. ^[28]

1000BASE-EX

1000BASE-EX es un término no estándar pero aceptado por la industria ^[29] para referirse a la transmisión Gigabit Ethernet. Es muy similar a 1000BASE-LX10 pero alcanza distancias más largas de hasta 40 km sobre un par de fibras monomodo debido a una óptica de mayor calidad que un LX10, que funciona con láseres de longitud de onda de 1310 nm. A veces se lo 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 proveedores. 1000BASE-ZX es una variante de largo alcance no estándar muy similar que utiliza óptica de longitud de onda de 1550 nm.

1000BASE-BX10

1000BASE-BX10 es capaz de recorrer hasta 10 km sobre una sola hebra 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 no estándar de hebra única de mayor potencia comúnmente conocidas como "BiDi" (bidireccionales) 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 la ruta de la fibra, los empalmes, los conectores y los paneles de conexión. Las ópticas BiDi de muy largo alcance pueden utilizar pares de longitudes de onda de 1510/1590 nm.

1000BASE-ZX

1000BASE-ZX es un término no estándar pero de múltiples proveedores ^[30] para referirse a la transmisión Gigabit Ethernet usando una longitud de onda de 1.550 nm para alcanzar distancias de al menos 70 kilómetros (43 millas) sobre fibra monomodo. Algunos proveedores especifican distancias de hasta 120 kilómetros (75 millas) sobre fibra monomodo, a veces denominada 1000BASE-EZX. Los rangos más allá de los 80 km dependen en gran medida de la pérdida de trayectoria de la fibra en uso, específicamente la cifra de atenuación en dB por km, el número y la calidad de conectores / paneles de conexión y empalmes ubicados entre transceptores. ^[31]

1000BASE-CWDM

1000BASE-CWDM es un término no estándar pero aceptado por la industria ^{[21] [22]} para referirse a la transmisión Gigabit Ethernet. Es muy similar a 1000BASE-LX10, pero alcanza distancias más largas de hasta 40-120 km y hasta 18 canales paralelos sobre un par de fibras monomodo debido a una óptica de mayor calidad que LX10 y al uso de CWDM, funcionando 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. ^[22] ¿También es posible DWDM en serie para aumentar el número de canales?

La mayoría utiliza 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, 1530 nm, 1550 nm, 1570 nm, 1590 nm y 1610 nm

CWDM es más barato de usar que DWDM, aproximadamente 1 / 5-1 / 3 del costo. ^{[32] [33]} CWDM es entre 5 y 10 veces más caro que si tiene la fibra disponible, que los transceptores -LX / -LZ tradicionales.

1000BASE-DWDM

1000BASE-DWDM es un término no estándar pero aceptado por la industria ^{[23] [22]} para referirse a la transmisión Gigabit Ethernet. Es muy similar a 1000BASE-LX10 pero alcanza distancias más largas de hasta 40-120 km y hasta 64 a 160 canales paralelos sobre 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 una longitud de onda de 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. ^[22] ¿También es posible utilizar CWDM en serie para aumentar el número de canales? ^{[ cita requerida ]}

1000BASE-RH x

IEEE 802.3bv-2017 define estandariza Gigabit Ethernet sobre fibra óptica plástica (POF) de índice escalonado usando 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. ^[34] También es posible con ciertos tipos de ópticas tener un desajuste en la longitud de onda. ^[35]

Para que sea interoperable hay algunos criterios que deben cumplirse: ^[36]

• Codificación de línea
• Longitud de onda ^[b]
• Modo dúplex
• Recuento de medios
• Tipo y dimensión de medio

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

Ver también

• Lista de anchos de banda de dispositivos
• Subcapa de codificación física

Notas

1. En ISO, la longitud es puramente informativa. La longitud no es un criterio de pasa / falla como prueba de conformidad con las normas de la serie EN 50173.
2. Es posible que ciertos tipos de ópticas funcionen con un desajuste en la longitud de onda. ^[37]

Referencias

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Further reading

• Norris, Mark, Gigabit Ethernet Technology and Applications, Artech House, 2002. ISBN 1-58053-505-4

External links

• Get IEEE 802.3
• IEEE 802.3
• IEEE and Gigabit Ethernet Alliance Announce Formal Ratification of gigabit Ethernet Over Copper Standard - Announcement from IEEE June 28, 1999
• IEEE P802.3ab 1000BASE-T Task Force (historical information)
• IEEE 802.3 CSMA/CD (ETHERNET)
• 1000BASE-T Whitepaper from 10GEA
• Gigabit Ethernet Auto-Negotiation