Autonegociación

Mecanismo de señalización utilizado por Ethernet mediante el cual los dispositivos eligen parámetros de transmisión comunes

La negociación automática 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 se define en la cláusula 28 de IEEE 802.3. ^[1] y originalmente era un componente opcional en el estándar Fast Ethernet . ^[2] Es compatible con versiones anteriores de los pulsos de enlace normales ( NLP ) utilizados por 10BASE-T . ^[3] El protocolo se amplió significativamente en el estándar Gigabit Ethernet y es obligatorio para 1000BASE-T Gigabit Ethernet sobre par trenzado. ^[4]

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 negociación automática incluido en la cláusula 28 de IEEE 802.3 fue desarrollado a partir de una tecnología patentada por National Semiconductor conocida como NWay . La compañía entregó una carta de garantía para que cualquiera pudiera usar su sistema por una tarifa de licencia única. ^[5] Desde entonces, otra empresa compró los derechos de esa patente. ^[6]

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 una configuración establecida manualmente también puede provocar discrepancias en el dúplex . La discordancia dúplex es difícil de diagnosticar porque la red funciona nominalmente; Los programas simples que se utilizan para las pruebas de red, como ping, informan de una conexión válida. Sin embargo, el rendimiento de la red se ve significativamente afectado.

La especificación de negociación automática se mejoró en la versión de 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 las 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. ^{[7] [8] [9]}

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 admite un estándar en cada velocidad).

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

La detección en paralelo se utiliza cuando un dispositivo que es capaz de autonegociar está conectado a otro 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 negociación automática puede determinar y hacer coincidir la velocidad con el otro dispositivo. Este procedimiento no puede determinar la capacidad dúplex, por lo que siempre se asume semidúplex.

Además del modo de velocidad y dúplex, la negociación automática se utiliza para comunicar el tipo de puerto (puerto único o multipuerto) ^{[ cita requerida ]} y los parámetros maestro-esclavo para Gigabit Ethernet . ^[10]

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 que son compatibles con ambos dispositivos, cada dispositivo elige el que tiene mayor prioridad. La prioridad entre los modos es la siguiente: ^{[11] [12]}

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

Señales eléctricas

Secuencia de pulsos de enlace normales, que utilizan los dispositivos 10BASE-T para establecer la integridad del enlace.

La autonegociación se basa en pulsos similares a los que utilizan los dispositivos 10BASE-T para detectar la presencia de una conexión con otro dispositivo. Estos pulsos de presencia de conexión son enviados por dispositivos Ethernet cuando no están enviando ni recibiendo tramas. Son pulsos eléctricos unipolares sólo positivos de una duración nominal de 100 ns, con un ancho de pulso máximo de 200 ns, ^[13] generados en un intervalo de tiempo de 16 ms (con una tolerancia de variación de tiempo de 8 ms). Estos pulsos se denominan pulsos de prueba de integridad de enlace (LIT) en la terminología 10BASE-T y se denominan pulsos de enlace normal (NLP) en la especificación de negociación automática.

Un dispositivo detecta la falla 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 recibirlos.

Tres ráfagas de pulsos de enlace rápido, utilizados por dispositivos de negociación automática para declarar sus capacidades.

La negociación automática utiliza pulsos similares etiquetados como PNL. Los PNL siguen siendo unipolares, solo positivos y tienen una duración nominal de 100 ns; pero cada LIT se reemplaza por una ráfaga de pulsos que consta de 17 a 33 pulsos enviados con una separación de 125 µs. Cada ráfaga de pulsos de este tipo se denomina ráfaga de pulsos de enlace rápido (FLP). El intervalo de tiempo entre el inicio de cada ráfaga de FLP es el mismo 16 milisegundos que entre pulsos de enlace normales (tolerancia de variación de 8 ms).

Cómo se codifica una palabra de código de enlace (una palabra de 16 bits) en una ráfaga de pulsos de enlace rápido

La ráfaga FLP consta de 17 NLP en un intervalo de tiempo de 125 µs (con una tolerancia de 14 µs). Entre cada par de dos NLP consecutivos (es decir, a 62,5 µs después del primer NLP del par de pulsos) puede estar presente un pulso positivo adicional. La presencia de este pulso 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 palabra de código de enlace se numeran del 0 al 15, donde el bit 0 corresponde al primer pulso posible en el tiempo y el bit 15 al último.

La palabra de código del enlace base

Cada ráfaga de pulsos de enlace rápido transmite una palabra de 16 bits conocida como palabra de código de enlace. La primera palabra de este tipo 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 de tecnología: se trata de una secuencia de bits que codifican los posibles modos de operaciones entre los modos 100BASE-T y 10BASE-T;
• 13: fallo remoto: se establece en uno cuando el dispositivo detecta un fallo de enlace;
• 14: reconocimiento: el dispositivo establece esto en uno para indicar la recepción correcta de la palabra de código de enlace base de la otra parte; esto se detecta mediante la recepción de al menos tres palabras de código base idénticas;
• 15: página siguiente: este bit se utiliza para indicar la intención de enviar otras palabras de código de enlace después de la palabra de código de enlace base;

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

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

El bit de reconocimiento se utiliza para señalar la recepción correcta de la palabra de código base. Esto corresponde a haber recibido tres copias idénticas de la palabra de código base. Al recibir estas tres copias idénticas, el dispositivo envía una palabra de código de enlace con el bit de reconocimiento establecido en uno de seis a ocho veces.

Las palabras de código de enlace también se denominan páginas . Por tanto, la palabra de código del enlace base se denomina página base. El siguiente bit de página de la página base es 1 cuando el dispositivo tiene la intención de 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 aún se codifican como palabras de código de enlace (utilizando 17 pulsos de reloj y pulsos de hasta 16 bits).

Mensaje y página siguiente sin formato

La página base (la palabra de código del enlace 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 forma que la página base. Sus primeros once bits son datos, mientras que su penúltimo bit indica si la página es una página de mensaje o una página sin formato. El último bit de cada página indica la presencia de una página adicional.

Los modos compatibles con 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 utilizando una página de mensaje única, seguida de una página sin formato. La página del mensaje contiene:

• capacidad semidúplex
• si el dispositivo es de puerto único o multipuerto
• si el maestro / esclavo se configura 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 semilla maestro-esclavo.

Discrepancia dúplex

Artículo principal: desajuste dúplex

Una discrepancia dúplex ocurre 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 funcionamiento fijo que es full duplex (sin negociación automática). En tales condiciones, el dispositivo de negociación automática detecta correctamente la velocidad de funcionamiento, pero no puede detectar correctamente el modo dúplex. Como resultado, establece la velocidad correcta pero comienza a usar el modo semidúplex.

Cuando un dispositivo funciona en dúplex completo mientras que el otro funciona en semidúplex, la conexión funciona solo a un rendimiento muy bajo cuando ambos dispositivos intentan enviar tramas al mismo tiempo. Esto se debe a que los datos se pueden enviar en ambas direcciones al mismo tiempo en el modo dúplex completo, pero solo en una dirección a la vez en el modo semidúplex. Como resultado, un dispositivo full-duplex puede transmitir datos mientras recibe. Sin embargo, si el otro dispositivo está funcionando en semidúplex, no espera recibir datos (porque actualmente está enviando); por lo tanto, detecta una colisión e intenta reenviar la trama que estaba enviando. 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. Por otro lado, el dispositivo full-duplex no detecta ninguna colisión y no reenvía la trama, incluso si el otro dispositivo la ha descartado como dañada por la colisión. Aún así, el dispositivo full-duplex, sin esperar que las tramas entrantes sean truncadas por la detección de colisión, informará errores de secuencia de verificación de tramas de las tramas abortadas que el dispositivo semidúplex intentó enviar. Esta combinación de colisiones (tardías) notificadas en el extremo semidúplex y errores FCS notificados por el extremo dúplex completo se puede utilizar como una indicación de que existe una falta de coincidencia dúplex.

Esta pérdida de paquetes ocurre cuando ambos dispositivos están transmitiendo al mismo tiempo. Esto puede suceder incluso cuando el enlace se utiliza, desde la perspectiva del usuario, en una sola dirección. Una secuencia TCP requiere que todos los paquetes enviados sean reconocidos por el dispositivo receptor. Como resultado, incluso si los datos reales se envían en una sola dirección, se puede generar una colisión con los paquetes de acuse de recibo que viajan en la otra dirección.

Patentes

La negociación automática está cubierta por las patentes de EE. UU. Patente de EE . UU. 5,617,418 , Patente de EE . UU. 5,687,174 , E Patente de EE. UU. RE39,405 E , E Patente de EE. UU. RE39,116 E , 971,018 (presentada 1992-11-02), 146,729 (presentada 1993-11-01) , 430,143 (presentada el 26 de abril de 1995); ^{[6] : 6} 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 Patentes Coreanas SN 22995/93; Solicitudes de patente taiwanesas SN 83104531.

Ver también

• Auto MDI-X para la configuración automática de la conexión de cable directo o cruzado

Referencias

1. "Cláusula 28: Señalización de enlace de capa física para negociación automática en par trenzado", IEEE 802.3 , p. 278
2. Jayaswal, Kailash (2005). Administración de servidores de centros de datos, almacenamiento y voz sobre IP . Hoboken: John Wiley & Sons. pag. 168. ISBN 0471783358.
3. Schmidt, Daniel Minoli, Andrew (1998). Servicios de red conmutados . Nueva York: Wiley Computer Pub. pag. 93. ISBN 0471190802.
4. IEEE. "Parte 3: Método de acceso Carrier Sense Multiple Access con Collision Detection (CSMA / CD) y especificaciones de la capa física" (PDF) . SECCIÓN DOS: Esta sección incluye la Cláusula 21 a la Cláusula 33 y el Anexo 22A al Anexo 33E . Consultado el 3 de junio de 2014 .
5. "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 19 de noviembre de 2008 . Consultado el 2 de diciembre de 2009 .
6. LLC de soluciones de datos negociados. "Oferta de licencia de patente estándar NWay / IEEE | ​​Soluciones de datos negociadas LLC" . Negotiatedata.com. Archivado desde el original el 6 de enero de 2009 . Consultado el 2 de febrero de 2010 .
7. "Configuración y resolución de problemas de Ethernet 10/100 / 1000Mb Half / Full Duplex Auto-Negotiation" . Cisco . Consultado el 12 de enero de 2012 . Cisco recomienda dejar la negociación automática activada para aquellos dispositivos que cumplen con 802.3u .
8. Jim Eggers y Steve Hodnett (julio de 2004). "Mejores prácticas de negociación automática de Ethernet" (PDF) . Sun Microsystems . Archivado desde el original (PDF) el 20 de mayo de 2011. El uso de la negociación automática es el estándar IEEE 802.3 y se anima a los clientes a seguir la "intención" de los estándares IEEE 802.3u / z e implementar la negociación automática en sus entornos Ethernet.
9. Rich Hernandez (2001). "Negociación automática Gigabit Ethernet" . Dell . Consultado el 12 de enero de 2012 .
10. "Negociación automática; 802.3-2002" (PDF) . Interpretaciones de los estándares IEEE . IEEE . Consultado el 5 de noviembre de 2007 .
11. IEEE 802.3-2018 Anexo 28B
12. "Configuración de la velocidad del puerto y del modo dúplex" . docs.ruckuswireless.com . Consultado el 25 de septiembre de 2020 .
13. "Autodetección del grupo de trabajo de IEEE Link, especificación para NWay Autodetect" (PDF) . pag. 57. Archivado desde el original (PDF) el 14 de julio de 2011.

Enlaces externos

• Mejores prácticas de negociación automática de Ethernet
• Negociación automática Gigabit Ethernet
• ¿Qué es la negociación automática?
• Guía de configuración de Cisco Catalyst
• ¿Cómo funciona la negociación automática?
• Sincronización de Autoneg