Gigabit Ehernet y 10 Gigabit Ethernet

Entre los años 1998 y 1999 el IEEE amplió el estándar IEEE 802.3 para incluir un nuevo tipo de redes, llamado de forma genérica Gigabit Ethernet. Este estándar se desarrolló bajo dos especificaciones:

• La primera, desarrollada en 1998, llamada IEEE 802.3z o también 1000BASE-X, que utiliza fibra óptica.
• La segunda, desarrollada en 1999, llamada IEEE 802.3ab, también conocida como 1000BASE-T, que utiliza cable de cobre de par trenzado.

La principal característica de Gigabit Ethernet es que la velocidad de transmisión es de 1.024 Mbps o 1 Gbps. 1000Base-X está basado en la utilización de fibra óptica como medio de transmisión. además utiliza las especificaciones a nivel físico del estándar fiber Channel (ANSI X3 T11), pero mantiene la compatibilidad con Ethernet en el nivel de enlace.

La Arquitectura Fiber channel utiliza cuatro capas, aunque la especificación 1000Base-X utiliza solo las dos primeras, llamadas FC-O y FC-1.6.9.

1000BASE-T

El estándar 1000Base-T permite la transmisión de datos a 1 Gbps o 1.024 Mbps utilizando cable UTP, pero manteniendo todas las funciones de Ethernet del nivel 2. El estándar permite el uso de cable UTP de categoría 5 que cumpla la norma EIA/TIA 568, revisada en 1995. Para cableado de categoría 5 anterior a este año (y que siguiera la norma original EIA/TIA 568 publicada en 1991) no se recomienda su uso en 1000Base-T. Para simplificar la adopción de criterios de cableado en muchas ocasiones se recomienda el uso de cable UTP de categoría 5e (5 mejorado) o superior.

El diseño de 1000Base-T planteó algunos problemas, además del aumento de la complejidad de los circuitos digitales en las tarjetas de red. en primer lugar, cada uno de los pares de un cable de categoría 5 permite transmitir datos a una velocidad de 125 Mbps. Para aumentar la velocidad de transmisión, en 1000Base-T se utilizan los cuatro pares del cable, tanto para la transmisión como para la recepción. La transmisión de los dos sentidos de la comunicación por los mismos pares es posible gracias a la utilización de técnicas de cancelación de eco. De esta forma, se lograría una velocidad de 500 Mbps. Para llega a 1 Gbps se utiliza una técnica de modulación por amplitud de pulso que utiliza cinco niveles para la cuantificación llamada PAM-5. Después de este tratamiento y para el envío de la señal en banda base se utiliza codificación 8B/10B.

El segundo gran problema planteado en Gigabit Ethernet es debido al uso de CSMA/CD y está relacionado con el tamaño mínimo de la trama, que es de 64 bytes. Debido al aumento de velocidad en Gigabit Ethernet, las tramas más pequeñas se transmiten tan rápido que no es posible detectar colisiones. Para solucionarlo es necesario aumentar el tamaño mínimo de las tramas y esto se consigue añadiendo un campo de relleno llamado extensión de portadora (carrier extension), que se añade al final de la trama para garantizar que la longitud mínima nunca será inferior a 512 bytes (4.096 bits), que es el tamaño mínimo necesario para detectar las colisiones en Gigabit Ethernet.

Esta solución repercute negativamente en la eficiencia de la red cuando se transmiten muchas tramas pequeñas, ya que una gran parte del ancho de banda se emplea en transmitir bits de relleno y no Información. Para paliar en parte este efecto, se permite agrupar varias tramas pequeñas en lo que se conoce como modo ráfaga (frame bursting), en el cual se pueden enviar varias tramas pequeñas consecutivas, sin necesidad de utilizar carrier extension, hasta un máximo de 65.536 bits.

Extensión de portadora y modo ráfaga en Gigabit Ethernet:

Gigabit Ethernet puede funcionar tanto en modo half-dúplex como en modo full-dúplex. En modo half-dúplex se sigue usando el método CSMA/CD de acceso al medio como en las implementaciones anteriores de 10 y 100 Mbps. En modo full-dúplex, al no utilizarse CSMA/CD, tampoco es necesario utilizar el relleno de portadora o carrier extensionni el modo ráfaga. De hecho, en la práctica casi todos los sistemas que utilizan Gigabit Ethernet lo hacen en modo full-dúplex.

En resumen, las principales características de 1000Base-T son:

• Cable de cobre de par trenzado categorías 5e o 6.
• Velocidad de transmisión: 1.024 Mbps o 1 Gbps.
• Longitud máxima del cable: 100 metros.
• Técnica de transmisión Pam-5 con codificación 8B/10B.
• Transmisión half-dúplex o full-dúplex.

1000BASE-X

Las implementaciones 1000Base-X utilizan como medio de transmisión la fibra óptica. A continuación se proporcionan las principales características de los dos tipos de implementaciones 1000Base-X publicadas:

• 1000Base-SX

–Emplea las codificaciones 8B/10B y NRZ-I.

–Se utiliza fibra óptica multimodo.

–La distancia máxima es de 275 metros para fibra de 62,5/125 μm o de 550 metros para fibra de 50/125 μm.

• 1000Base-LX

–Emplea las codificaciones 8B/10B y NRZ-I.

–Se utiliza tanto fibra óptica monomodo como multimodo.

–La distancia máxima para fibra multimodo es de 550 metros o de 5 km para fibra monomodo.

Ambas implementaciones de Gigabit Ethernet son utilizadas en modo full-dúplex principalmente para dar soporte al troncal (Backbone) de las redes Ethernet de mediana o gran envergadura.

10-GIGABIT Ethernet

En el año 2002 se publicó un nuevo estándar llamado 10-Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae), abreviado como 10Gbe, y que funciona a velocidades de 10 Gbps sobre fibra óptica. Las implementaciones físicas que incluye el estándar IEEE 802.3ae son:

• 10GBASE-SR, utiliza fibra óptica multimodo para distancias de hasta 300 metros.
• 10GBASE-LR, utiliza fibra óptica monomodo para distancias de hasta 10 km.
• 10GBASE-LX4, utiliza multiplexación por división de onda (WDM) tanto para fibra óptica multimodo como monomodo.n10GBASE-ER, utiliza fibra monomodo para cubrir distancias de hasta 30 km.
• 10GBASE-SW, 10GBASE-LW, 10GBASE-EW, son similares a las implementaciones sR, lR y eR, pero con la posibilidad de interconectarse con equipos que utilicen estándares sobre fibra óptica de redes WAN.

Posteriormente han aparecido algunas ampliaciones del estándar 10-Gigabit Ethernet:

10GBASE-LRM (IEEE 802.3aq). Publicada en 2006 para proporcionar compatibilidad con el cableado de las redes FDDI.

10GBASE-CX4 (IEEE 802.3ak). Publicada en 2004. es la primera especificación de 10-Gigabit Ethernet que utiliza cable de cobre (un tipo especial llamado infiniBand) con una longitud máxima de 15 metros.

10GBASE-T (IEEE 802.3an). Publicada en 2006. Utiliza cable de cobre de categoría 6a para cubrir una distancia máxima de 100 metros.

Importante! InfiniBand es una interfaz de comunicaciones punto a punto de altas prestaciones cuyas primeras especificaciones fueron desarrolladas por varias empresas entre las que se encuentran Intel, AMD, Sun, IBM, Dell, Cisco o Silicon Graphics y que se publicaron en el año 2000.

El desarrollo de la tecnología 10-Gigabit Ethernet se ha enfocado principalmente al uso de Ethernet para redes WAN, gracias sobre todo a las distancias cubiertas por las especificaciones que utilizan fibra óptica. Por lo tanto, se puede decir que la evolución de Ethernet está enfocada a introducirse como tecnología en redes WAN. Uno de los principales reclamos es la posibilidad de que los operadores de telecomunicaciones puedan ofrecer a sus clientes conectividad Ethernet de extremo a extremo con el ahorro en costes y la simplicidad de gestión que ello supone.