ethernet1b

http://www.arcesio.net

Ethernet

Tecnología para redes de área local

(versión 2.0.1)


Ethernet

Elementos y medios físicos


Medios utilizados en 10 Mbps

CONTROL DE ACCESO AL MEDIO ETHERNET (MAC)

10Base5Coaxial grueso

10Base2Coaxial delgado

10Base-TPar trenzado

10Base-FFibra óptica

Las reglas de acceso al medio y el frame Ethernet son iguales en cualquier medio, pero cada medio tiene diferentes componentes y diferentes lineamientos de configuración

El identificador IEEE:•10: indica la velocidad de transmisión, 10 Mbps•BASE: tipo de señalización, baseband, sobre el medio sólo hay señales Ethernet•El tercer campo: indica el tipo de medio y/o longitud

•5: coaxial grueso, máximo 500 mts de longitud del segmento•2: coaxial delgado, máximo 185 mts de longitud del segmento•T: Twisted-Pair, par trenzado (sólo especifica el cable)•F: Fibra óptica (sólo especifica el cable)


Componentes físicos de una conexión a 10 Mbps

Computador(DTE)

con interfaceEthernet

MediumAttachment

Unit(MAU)

MediumDependentInterface

(MDI)

MedioFísico

Attachment UnitInterface (AUI)

Conector de15 pines

Dispositivo conMAU externo

Dispositivo con MAU interno.AUI no expuesto



§ Medio físico› Lleva las señales Ethernet entre computadores

› Puede ser coaxial delgado, coaxial grueso, par trenzado o fibra óptica

§ Medium Dependent Interface (MDI)› Conector utilizado para hacer la conexión física y eléctrica entre la interface y el

cable de la red.

› Por ejemplo, para par trenzado, el MDI es un conector de 8 pines (conocido como conector RJ-45). Cada pin permite conectarse a uno de los 8 hilos que conforman el cable.

§ Medium Attachment Unit (MAU)› Transmite y recibe señales al medio (transceiver). El MDI es realmente parte del

MAU, y le permite a este último conectarse al medio

§ El computador (DTE -Data Terminal Equipment)› Cada DTE conectado a Ethernet debe tener una interface Ethernet (electrónica y

software que tiene las funciones de control de acceso al medio requeridas para enviar frames sobre el canal Ethernet)


Sistema de coaxial grueso (10Base5)

Ethernet Interface

MAU

Segmento de coaxial grueso

(500 metros máx)

Conector AUI de 15 pines

(Hembra) (Macho)

Cable AUI(50 metros máx)

Conector “N” macho

Terminador de 50 Ohm

DTE

MDI para cable coaxial

grueso

DTE DTE DTE

§ Máxima longitud de coaxial grueso: 500 metros

§ Máxima longitud del cable AUI: 50 metros

§ Máximo número de MAUs por segmento: 100

§ Distancia mínima entre MAUs: 2.5 metros


Sistema de coaxial grueso (10Base2)

Ethernet Interface con MAU Interno

DTE

Conector BNC hembra (MDI)

Tee BNC

Terminador machoBNC de 50 Ohm

Conector MachoBNC

Coaxial Ethernet Delgado(Máx 185 mts)

DTE 4R

DTE 1

DTE 2

DTE 3R

Incorrecto

• Máxima longitud de coaxial delgado: 185 metros• Máximo número de MAUs por segmento: 30• Distancia mínima entre estaciones: 0.5 metros


Sistema de par trenzado 10 Mbps (10BaseT)

Ethernet Interface con MAU Interno

DTE

Hub (concentrador)8 puertos RJ-45 (con MAU)1 puerto BNC (con MAU)

1 Puerto conector AUI

Jack de 8 pines(MDI)

Plugs de 8 pines(RJ-45

Conector BNC(MDI)


Cable de par trenzado(100 mts máximo)

1 2 3 4 5 6 7 8

DTE 1

DTE 2

DTE 3

Hub• Máxima longitud de par trenzado: 100 metros• Máximo número de MAUs por segmento: 2• Los MAUs verifican la integridad del enlace

Hub 1

Hub 2

Cable Cruzado

T+ X R+ (1 con 3)T- X R- (2 con 6)R+ X T+ (3 con 1)R- X T- (6 con 2)

Sólo a un hub debehabilitársele el MDI-X

x

Conexiónhub-hub


Sistema de fibra óptica 10 Mbps (10Base-FL)

DTE 1

DTE 2

DTE 3

Hub

• Máxima longitud de par trenzado: 100 metros• Máximo número de MAUs por segmento: 2• Los MAUs verifican la integridad del enlace

Ethernet Interface

DTE

Hub de fibra óptica10Base-FL

(con MAU’s internos)

Cable AUI


Segmento de fibra10Base-FL

(Máximo 2000 mts)

Transceiver10Base-FL(FOMAU)

TX

R

X

TX RX

§ FOIRL (1980) segmento de fibra de 1000 metros entre repetidores

§ 10Base-FL› Interopera con FOIRL, segmentos de hasta 2000

mts. Es el más usado.› permite conectar computador-computador, hub-

hub, hub- computador, etc.

§ 10Base-FB› Segmentos de hasta 2000 mts. Para interconectar

hubs. Poca disponibilidad en el mercado

§ 10Base-FP› Segmentos de hasta 500 metros. para conectar

hasta 33computadores sin repetidor. No fue adoptado


Codificación de la señal

§ La codificación de la señal en Ethernet busca combinar el reloj y la información como una secuencia de autosincronización de las señales que se envían sobre el medio

§ Cada medio ofrece características diferentes.§ Entre más alta sea el ancho de banda, más complejo es el

esquema de codificación utilizado.§ Los objetivos de un esquema de señalización son:

› Incluir la suficiente información de reloj para asegurar que los circuitos de decodificación funcionen correctamente

› Mantener la tasa de errores muy baja

› Garantizar que la señal Ethernet “sobreviva” ó “resista” el viaje sobre el medio físico.


Métodos de señalización

§ El método de señalización hace referencia a dos cosas:› La forma en que se codifican los datos para transmitirse› El espectro de frecuencia del medio

§ En buena medida, el método de señalización está relacionado con el uso del espectro de frecuencia del medio

§ Dos métodos de señalización utilizados en LAN son broadband y baseband.

§ Señalización broadband: el ancho de banda del medio es subdividido por frecuencia para formar dos o más subcanales. Cada subcanal transferiere datos de forma independiente de los otros subcanales (necesita modems)

§ Señalización baseband: sólo una señal es transmitida sobre el medio.


Métodos de señalización (cont.)

BasebandFrecuencia

Canal único

Broadband

Frecuencia

. . .A B N

Múltiples canales

§ Baseband utiliza todo el ancho de banda para un canal.

Broadband lo divide en subcanales.


Señalización Broadband

§ Broadband utiliza tecnología análoga, donde modems de alta frecuencia operan a 4 KHz ó superior, colocan la señal portadora sobre el medio de transmisión.

§ Los métodos de modulación más utilizados son:› Frecuency Shift Keying (FSK)› Amplitude Modulation Phase Shift Keying (AM PSK)

§ Broadband es unidireccional. Se usan dos canales para hacerla bidireccional


Señalización Baseband

§ Baseband utiliza señalización digital.Non-Return

to Zero (unipolar)

(Terminales)

Manchester

(Ethernet)

Manchester

Diferencial

(Tokeng Ring)

0 0 1 1 0 1+V

-V

+V

-V

+V

-V


Codificación de la señal en el AUI

§ 10 Mbps utiliza el sistema de codificación Manchester. En este sistema se combinan los datos y el reloj en símbolos de bit. En estos símbolos se indica una transición del reloj en la mitad de cada bit.

§ Cada símbolo de bit se divide en dos partes: la polaridad de la segunda parte siempre es la contraria de la promera mitad.

§ Un cero se define como una señal cuya primera mitad es alta y la segunda mitad es baja. Un uno es una señal cuya primera mitad es baja y la segunda mitad es alta.

§ En cada bit se envía una transición del reloj que es utilizada por la estación receptora para sincronizarse con los datos recibidos.


Codificación de la señal en el AUI

§ Manchester permite sincronizarse al receptor y extraer los datos, pero implica que se duplique el ancho de banda. Es decir, para 10Mbps Manchester codifica señales a una rata de 20MHz.

§ Cada medio en 10 Mbps utiliza codificación Manchester pero utiliza un sistema de señalización de línea física diferente

› Port ejemplo, en 10Base5 se envía dos señales: una señal DC a -1 voltio y una señal que varia su amplitud para representar ceros y unos (nivel alto: 0 voltios, nivel bajo: -2 voltios)

› En 10Base-T la señalización de línea física utiliza corrientes balanceadas sobre par trenzado. Un hilo lleva una señal entre 0 y 2.5 voltios y el otro entre 0 y -2.5 voltios.

› 10Base-FL utiliza NRZ (Non-Return-to-Zero) como esquema de señalización de línea. Un pulso de luz indica el nivel alto y la ausencia del pulso de luz es el nivel bajo.


Rechazo de modo común (CMR)

TX+

TX-

+2.5v

-2.5v

+2.5v

-2.5v

RX+

RX-0 Voltios 0 Voltios

RX+

RX-

+2.5v

-2.5v

+2.5v

-2.5v

TX+

TX-0 Voltios 0 Voltios

•Para que el CMR funcione adecuadamente se necesita que el par de hilos estén entorchados mutuamente.

•Utiliza la diferencia de voltajes entre cada señal (TX+) y su reflejo (TX-) para determinar el estado lógico de cada bit.

•Los picos de voltaje inducen de la misma manera los dos hilos, pero la diferencia sigue siendo la misma.

•Ruido eléctrico excesivo puede destruir transceivers, hubs o tarjetas de red

01101110

01101110


Velocidad de propagación de una señal Ethernet

§ Para determinar la máxima topología y el tamaño mínimo del frame

§ Los datos viajan más despacio que la luz en el vacio.› C (velocidad de la luz en el vacio): 300.000 Km/s› Coaxial grueso: 77% C (231.000 Km/s)› Coaxial delgado: 65% C (195.000 Km/s)› Par trenzado: 59% C (177.000 Km/s)› Fibra óptica: 66% C (198.000 Km/s)› Cable AUI: 65% C (195.000 Km/s)

§ 10Base-T es la más lenta.


¿Qué tan largo es un bit en 10 Mbps?

› Coaxial grueso: 231.000 Km/s dividido en 10 millones de bits por segundo = 23.1 metros.

› Coaxial delgado: 195.000 Km/s dividido en 10 millones de bits por segundo = 19.5 metros.

› Par trenzado: 177.000 Km/s dividido en 10 millones de bits por segundo = 17.7 metros.

› Fibra óptica: 198.000 Km/s dividido en 10 millones de bits por segundo = 19.8 metros.

› Cable AUI: 195.000 Km/s dividido en 10 millones de bits

por segundo = 19.5 metros.


Bases del funcionamiento de Ethernet

§ Si un nodo ha participado en una colisión, este DEBE detectar la colisión antes que se termine la transmisión del frame: Si esto falla se traduce en degradación del desempeño de la red.

§ Las especificaciones garantizan esta operación:› En 1980 DEC, Intel y Xerox publicaron el “Blue Book” (Ethernet

versión 1.0, ACM Computer Communications Review, Vol 11, No. 2, julio 1981, paginas 17-65)

› La versión 1.0 fue reemplazada por la versión 2.0 en 1982

› IEEE (febrero de 1980, de ahí el “80” y el “2” de “802”) utilizó la versión 2.0 como base del estádar 802.3.


La señal jam y colisiones legales

Nodo 1 Nodo 2 Nodo 3

Segmento 1 Segmento 2 Segmento 3 Segmento 4 Segmento 5

R1 R2 R3 R4

ColisiónJAM (4 bytes)

Colisión

El nodo 1 envía datos al nodo 2.El nodo 3 también envía datos al medio (no “escucha” al nodo 1) y hay una colisión.El nodo 3 envía un jam de 4 bytes avisando a todos que hubo una colisión.El JAM crea colisiones con otros frames que se estén transmitiendo y

obliga a todas las estaciones a reiniciar sus intentos de acceder el medio.

§ Las colisiones ocurren dentro de los primeros 512 bits de datos (64 bytes):› Las colisiones típicas ocurren dentro de los primeros 48 bytes

› Las redes que tienen hasta un 37% de utilización sostenida son bastante “limpias” (pocas colisiones).


Topología máxima y frame mínimo

Nodo 1 Nodo 2 Nodo 3

Segmento 1 Segmento 2 Segmento 3 Segmento 4 Segmento 5

R1 R2 R3 R4

La máx. trayectoria de transmisión entre dos nodos: 5 segmentos y cuatro repetidores.De los cinco segmentos 3 son no poblados, dos pueden terner estaciones conectadas.La longitud mínima del frame Ethernet es 64 bytes (512 bits).Esta longitud está basada en el peor caso de viaje de ida y vuelta.

§ Los conectores de los equipos de interconexión también agregan retardos adicionales pero la red completa (topología máxima) no puede introducir más de 51.2 S de retardo.

§ La longitud mínima del frame se define como:› El mensaje del nodo 1 debe ser lo suficientemente largo para que aun esté

transmitiendo cuando la colisión sea detectada.

› El mensaje interrumpido del nodo 1 debe ser lo bastante corto como para que el nodo

2 (receptor) pueda descartarlo por ser “muy corto”.


Niveles de degradación

§ La retransmisión a nivel Ethernet ocurre, normalmente, dentro de tiempos del orden de cientos de microsegundos

§ Las restransmisiones en la subcapa LLC puede ocurrir en milisegundos

§ En la capa de transporte (capa 4) las restramisiones puesen tomar segundos

§ Las aplicaciones pueden esperar minutos.

Entre más alta está la capa responsable de la retransmisión,

más debe esperar el usuario.


Medios utilizados en Fast Ethernet


100Base-T4Par trenzado No ANSI

100Base-TXPar trenzado ANSI

100Base-FXFibra óptica ANSI

El identificador IEEE:•100: indica la velocidad de transmisión, 100 Mbps•BASE: tipo de señalización, baseband, sobre el medio sólo hay señales Ethernet•El tercer campo: indica el tipo de segmento

•T4: usa cuatro pares de cable par trenzado para teléfonía•TX: usa dos pares de cable par trenzado para datos (ANSI X3T9.5) •FX: usa fibra óptica (ANSI X3T9.5) y usa dos hilos de fibra•TX y FX se conocen también como 100Base-X

El estándar T4 fue desarrollado para que cableados de menor calidad

pudiesen utilizar Fast Ethernet



Computador(DTE)

PhysicalLayer

Device(PHY)


(MDI)

MedioFísico

Media IndependentInterface (MII) -opcional-

Conector de40 pines

Dispositivo conPHY externo

Dispositivo con PHY interno.



§ Medio físico› Lleva las señales Ethernet entre computadores. Puede ser fibra

óptica, par trenzado nivel 5 o par trenzado nivel 3

§ Medium Dependent Interface (MDI)› Conector utilizado para hacer la conexión física y eléctrica entre la

interface y el cable de la red: por ejemplo, un conector RJ-45 para par trenzado ó un conector para fibra óptica.

§ Physical Layer Device (PHY) › Transmite y recibe señales al medio (transceiver). Puede estar

dentro de la tarjeta de red o estar por fuera y estar equipado con un cable MII. El tipo de PHY depende del tipo de medio con el cual está construido el segmento de red



§ Medium Independent Interface (MII)› Es un conjunto de elementos electrónicos opcionales que permite

enlazar las funciones de control de acceso al medio en la tarjeta de red con el PHY, que es quien envía las señales al medio. Puede, opcionalmente, soportar la operación a 10Mbps y a 100Mbps. Es el que hace que los diferentes sistemas de codificación de la señal de los diversos medios sea transparente a la intefaz de red.

§ El computador (DTE -Data Terminal Equipment)› Cada DTE conectado a Fast Ethernet debe tener una interfaz

Ethernet (electrónica y software que tiene las funciones de control de acceso al medio requeridas para enviar frames sobre el canal Ethernet)


Fast Ethernet: 100BaseTX

Interface 100BaseTX con PHY Interno

DTE


Plugs de 8 pines(RJ-45)

Cable de par trenzadoCategoría 5

(100 mts máximo)

Hub (concentrador)100BaseTX

4 puertos RJ-45 (con PHY)Clase II

II

PHYPHYPHYPHY

Basado en el estándarde medio físico ANSI TP-PMD.(Para UTP y STP)

Existe un chequeo de integridad del enlace basado en ANSI FDDI.

También existe el Fast Link Pulse,que se utiliza para la

autonegociación.


Concentradores para 100BaseTX

§ Se definen dos tipos: Clase I y Clase II§ Clase I:

› Grandes retardos en tiempo› Puede convertir de un medio a otro: de 100BaseTX a 100BaseFX

(permite mezclar tipos de segmentos)› Cómo la conversión consume “bit times”, sólo se permite un

concentrador clase I por dominio de colisión cuando se tienen longitudes máximas de los cables.

§ Clase II› Pequeños retardos de tiempo› Repite inmediatamente a los otros puertos sin hacer conversiones› Conecta el mismo tipo de segmentos (NO se pueden mezclar tipos de

segmentos con hubs clase II)› Máximo 2 concentradores clase II por dominio de colisión.


Fast Ethernet: 100BaseTX

DTE 1

DTE 2

DTE 3

Hub100Mbps

Máxima longitud de par trenzado: 100 metros

Máximo número de PHY’s por segmento: 2

Los PHY’s verifican la integridad de enlace (Link)

Dos segmentos 100BaseTX pueden interconectarse con hubs Clase I ó II

II


Fast Ethernet: 100BaseFX

100BaseFX Interface

DTE

Hub de fibra óptica100Base-FX

Clase II

Segmento de fibra10Base-FX

(Máximo 412 mts)

TX RX

II

TX RX TX RX TX RX

RX

T

X

Conectores SC, ST ó MT-RJ

Fibra multimodo 62.5/125Máximo 11 dB de atenuación

Concentradores Clase I y II:Clase I: permite mezclar tipos de segmentos, máximo uno.Clase II: no permite mezclar segmentos, máximo dos.

Existe un chequeo de integridad del enlace basado en ANSI FDDI.

Diámetro de dominio de colisión máximo:Con un hub clase II: 320 metros hasta el DTECon un Hub clase I: 272 metros hasta el DTECon dos hubs clase II: 228 metros hasta DTE


Fast Ethernet: 100BaseT4

Interface 100BaseT4 con PHY Interno

DTE


Plugs de 8 pines(RJ-45)

Cable de par trenzadoCategoría 3, 4 ó 5(100 mts máximo)

Hub (concentrador)100BaseT4

4 puertos RJ-45 (con PHY)Clase II

II

PHYPHYPHYPHY

Utiliza los 4 pares delcable.

Existe el Fast Link Pulse,que se utiliza para la

autonegociación.Garantiza que el cable está

correctamente interconectado,pero no garantiza el CrossTalk

Concentradores Clase I y II:Clase I: permite mezclar tipos de segmentos, máximo uno.Clase II: no permite mezclar segmentos, máximo dos.


100BaseTX y 100 Base-T4: Uso del medio

§ 100 Base-TX, UTP categoría 5› Hilo 1: T+; Hilo 2: T-, Hilo 3: R+ e Hilo 6: R-› Máximo 100 metros, conector RJ-45› Un cable cruzado se construye igual que en 10Mbps (1 con

3 y 2 con 6)

§ 100BaseT4: Uso del medio, UTP categoría 3, 4 ó 5› Hilo 1: T+; Hilo 2: T-, Hilo 3: R+ e Hilo 6: R-› Hilo 4: B+, Hilo 5: B-; Hilo 7: B+, Hilo 8: B-› Máximo 100 metros, conector RJ-45› Cable cruzado: 1 con 3, 2 con 6, 4 con 7 y 5 con 8


Codificación de la señal para representar los datos

§ Gracias a la velocidad con que se transmiten los datos en 100Mbps, y la necesidad de una alta frecuencia en el cable, la señalización en Fast Ethernet es más compleja que en Ethernet.

§ Fast Ethernet NO utiliza señalización Manchester (aunque los transceivers para 10/100 trabajan con Manchester).

§ Cada uno de los diferentes medios utiliza un tipo de codificación (códigos de bloque) y señalización de línea diferente:› 100BaseFX utiliza codificación 4B/5B y señalización NRZI› 100BaseTX utiliza codificación 4B/5B y señalización MLT-3 (ó NRZI-3)› 100BaseT4 utiliza un sistema de codificación diferente (8B/6T), una

forma mejorada de MLT-3, y multiplexamiento T4 (conocido también como “fan out”).


Arquitectura de las capas en Fast Ethernet 802.3

LLC - Logical Link Control

MAC - Media Access Control

Reconciliación

PCS PCS

PMA PMA

PMD

M E D I O

MIIMII

MDIMDI

4B5B

NRZI

MLT-3

8B6T

Fan Out

T4 TX

§ MII: Medium Independent Interface

§ PCS: Physical Coding Sublayer

§ PMA: Physical Medium Attachment

§ PMD: Physical Media Dependent

§ MDI: Medium Dependent Interface

› Las subcapas de reconciliación, PCS y PMD no existen en 10Mbps (los datos son manejados directamente desde la capa MAC a la subcapa PMA y de allí al cable.


El ancho de banda del cable en Ethernet y la ley de shannon

§ La principal dificultad con 100 Mbps es que los datos a alta frecuencia no se propagan sobre par trenzado o fibra (requeriría una forma de onda de 200 MHz si codificara con Manchester).

§ UTP categoría 5 está hecho para soportar una frecuencia de 100 MHz.

§ Ley de Shannon: › Permite calcular la velocidad teórica máxima en la cual digitos

libres de error pueden ser transmitidos sobre un canal con ancho banda de limitado en presencia de ruido: C=log2(1+S/N). Donde C es la capacidad del canal en bits por segundo, W es el ancho de banda en Hertz y S/N es la razón señal-ruido (teóricamente se puede obtener entre 2 bits/Hz hasta 12 bits/Hz).


NRZI, MLT-3 y la codificación 4B5B

§ Nuevas formas de codificación de la forma de onda han sido implementadas en la subcapa PMA para Fast Ethernet.› 100BaseFX utiliza NRZI (Non-Return-to-Zero, Invert-on-one). Para

reducir aun más los requerimientos de frecuencia sobre UTP, 100BaseTX agrega una varización a NRZI en la subcapa PMD llamada MLT-3 (Multiple Level Transition - 3 Niveles) ó NRZI-3.

› Cuando la información es una secuencia de ceros, en NRZI y MLT-3 se puede perder la codificación de la señal del reloj. Para resolver este problema se utiliza la codificación de bloque (block encoding) 4B5B (la misma utilizada por FDDI).

› Un código de bloque toma un bloque o grupo de bits y los “traduce” aun conjunto de código bits más grande. 4B5B toma cuatro bits y los traduce a cinco bits

› Los códigos de bloque se diseñan para mejorar la señalización de línea al balancear los ceros y los unos transmitidos


La codificación 4B5B

§ El uso de un esquema de codificación 4B5B permite transportar datos e información de control en cada símbolo representados por un código de 5 bits (4 bits se representan con 5 bits).

§ Además un código de relleno entre stream (IDLE) es definido, al igual que un símbolo para forzar errores de señalización.

§ Ya que cuatro bits son mapeados a cinco bits, sólo se necesitan 16 símbolos para representar los datos. El resto de símbolos que no son utilizados para control o para significar una condición IDLE no son usados en 100BaseX y se consideran inválidos. Todos unos (1's) indica la condición idle.

§ Un ejemplo, el “nibble” 0000 se representa como 11110 en 4B5B y el nibble 1111 se representa como 11101. El símbolo que representa la condición de idle es 11111.

§ Los códigos de bloque se diseñan para mejorar la señalización de línea al balancear los ceros y unos transmitidos.


NRZI y MLT-3

Codificación 4B5B para el hexadecimal 0 es 11110 y para E es 11100

100BaseFX utiliza NRZI, donde se utiliza media onda para codificarcada bit. Si el estado de la señal cambia es un 1.

100BaseTX utiliza MLT-3, donde se usa un cuarto de onda para codificar cada bit. Igual que NRZI pero utiliza una onda alternante de tres niveles (puede ser pensado como una sinusoidal “stop and go”) donde va un 1, un 0, un -1, un 0, un 1, etc, respetando la progresión.


Ancho de banda requerido en 100BaseFX y 100BaseTX

§ Al combinar 4B5B con NRZI ó MLT-3 la señal requiere un menor ancho de banda, pero es lo suficientemente densa para codificar 100Mbps.

§ En 100BaseFX al utilizar la codificación 4B5B aumentaría la velocidad de 100Mbps a 125Mbps, pero al utilizar NRZI (dos bits por ciclo) requiere un ancho de bande de 62.5 MHz.

§ En 100BaseTX, que utiliza 4B5B y MLT-3, se representan cuatro bits por ciclo, requiriendo la mitad de ancho de bande de 100BaseFX: 31.25 MHz. › Nota: la norma también define un esquema de “scrambling” en las

subcapa PMD para reducir las emisiones de interferencia electromagnética (EMI).


Representación de datos en 100BaseT4: 8B6T

§ Aunque 31.25 MHz es lo suficientemente bajo para viajar en UTP cat. 5, no lo es para UTP cat. 3 (que está certificado sólo para 16MHz).

§ 100BaseT4 utiliza y mejora las técnicas de 100BaseTX. Combina y optimiza 4B5B y MLT-3 en 8B6T.

§ 8B6T representa 8 bits con un código de seis símbolos que pueden tener tres valores (tri-estados). Para representar 256 bytes diferentes (28) se tienen disponibles 729 símbolos de tres estados (36).

§ A diferencia de MLT-3, no se requiere la progresión 1, 0, -1, 0, 1, etc. 8B6T permite el uso arbitrario de los tri-estados.


8B6T

§ Los 256 símbolos han sido escogidos para para mapear uno a uno cada posible byte (la tabla está en el anexo 23A de la norma IEEE 802.3).

§ Nueve (9) símbolos son utilizados como caracteres delimitadores de comienzo, final y caracteres de control.

§ 8B6T prepara los datos para ser transmitidos (no necesita más codificación). 100BaseT4 realiza la codificación en la subcapa PCS.

§ Por ejemplo, el byte “0000 0000” es representado en 8B6T como +-00+- y el byte “1111 1111” se representa como +0-+00.


Multiplexamiento T4 (Fan Out)

§ 8B6T representa dos tri-estados en un ciclo.§ La frecuencia de onda portadora necesita 3/4 de velocidad del

flujo de bits: en tres ciclos representa 6 tri-estados que mapean 8 bits.

§ (100*(3/4))/2 = 37.5 MHz. Que sigue siendo muy alto para UTP Cat. 3. Se requiere de una técnica adicional para transmitir en este tipo de cable.

§ Para esto se utiliza el multiplexamiento T4: La señal se divide y se transmite ordenadamente en tres pares en lugar de uno.

§ Esta división hace que sólo se requieran 12.5 MHz por par (que es menor de 16 MHz!!).



§ De los cuatro pares en cat. 3, tres se utilizan para enviar los datos y el otro para escuchar. Se utilizan los mismos pares que en 10BaseT para transmitir y para recibir de forma dedicada, los otros dos mueven los datos de forma bidireccional (dependiendo de como estén fluyendo en cada momento).

§ En 100BaseT4 no se puede hacer full duplex.§ El preámbulo es modificado para permitir sincronizar el reloj en

cada par y para recibir los datos en el orden apropiado.§ Cinco códigos de fin de símbolo se envían para informar a la

estación receptora donde calcular el CRC.



Los datos son demultiplexados en la tarjeta de red que transmite y los coloca en tres de los pares del cable UTP. La tarjeta receptora los multiplexa nuevamente y reordena los datos. Cada par sólo debe transmitir/recibir 33.3 Mbps.


Integración y Migración de Ethernet a Fast Ethernet

§ Para pasar de Ethernet a Fast Ethernet no se necesita hacerlo todo de una vez.

§ Instalar switches 10/100 en áreas de alto tráfico (aunque no siempre sirve, por ejemplo si todo el tráfico debe ir al mismo servidor o si el cableado no tiene la categoría necesaria). Además divide dominios de colisión.

§ Garantice que los cableados y las distancias para Fast Ethernet se cumplen

§ Comprar las nuevas máquinas con tarjetas 10/100.§ Cambiar tarjetas a equipos viejos requiere cambiar

configuraciones...


Medios utilizados en Gigabit Ethernet


El identificador IEEE:•1000: indica la velocidad de transmisión, 1000 Mbps•BASE: tipo de señalización, baseband, sobre el medio sólo hay señales Ethernet•El tercer campo: indica el tipo de segmento

•LX: (“L” de long wavelength)•SX: (“S” de short wavelength)•LH: (“LH” de long haul)•CX: (“C” de copper)•T: (“T” de twisted pair)

1000Base-LXFibra mono o

multimodal

1000Base-SXFibra multimodal

1000Base-CXCobre blindado

(STP)

1000Base-TUTP



Computador(DTE)

PhysicalLayer

Device(PHY)


(MDI)

MedioFísico

Gigabit Media IndependentInterface (GMII) -opcional-

Conector

Dispositivo conPHY externo

Dispositivo con PHY interno.



CapasSuperiores

LLC

MAC

PCS

PMA

Reconciliación

GMII

MDI

Nodo 1

Medio

Repetidor 1000Mbps

Nodo 2

Medio

MDI MDI

PCS

PMA

GMII

PCS

PMA

GMII

CapasSuperiores

LLC

MAC

PCS

PMA

Reconciliación

GMII

MDI


GMII (Gigabit Medium Independent Interface )

§ GMII no soporta un transceiver externo. § GMII convierte las diversas señales recibidas del medio por el

PHY a señales de datos estandarizados digitales.§ El GMII sólo soporta 1000 Mbps. Cuando la interface utiliza

varias velocidades, es porque trae un MII adicional.§ Cuando la interface solo soporta 1000BASE-X, no se utiliza un

GMII. Se utiliza un Ten-Bit Interface (TBI)§ Existe un GBIC (Gigabit Interface Converter) y es posible que lo

llamen “transceiver gigabit”. Con este dispositivo se puede seleccionar entre 1000Base-LX ó 1000Base-SX

§ Los GBICs de diferentes fabricantes de equipos no son necesariamente compatibles.


Canal de fibra (fibre channel)

§ El sistema de señalización de 1000 Mbps está basado en el esquema diseñado originalmente para el canal de fibra.

§ El canal de fibra es una tecnología para transmitir datos entre dispositivos a una tasa de 1 Gbps (Norma X3T11 de la ANSI). Está diseñado para interconectar controladores y unidades de almacenamiento.

§ Se espera que reemplace a SCSI (Small Computer System Interface), pues es más rápido, permite mayor distancia entre dispositivos (hasta 10 kilómetros).

§ Al igual que SCSI, el canal de fibra está diseñado para interconectar controladores y unidades de almacenamiento.

§ El canal de fibra consta de un enlace con dos fibras unidreccionales transmitiendo en direcciones opuestas.


Canal de fibra (fibre channel)

§ El canal de fibra pede trabajar a cuatro velocidades:› 133 Mbps

› 266 Mbps

› 530 Mbps

› 1 Gbps

§ El canal de fibra define 5 capas (FC0, FC1, FC2, FC3 y FC4)§ La implementación de 1 Gigabit del canal de fibra (capas FC0 y

FC1) sirve como base para la capa física de Gigabit Ethernet.§ FC0 define el enlace físico básico (en LASER), incluyendo las

interfaces y FC1 define la codificación y decodificación de señales (código de bloque 8B10B) y el esquema de detección de errores.› Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) = IEEE 802.3 + ANSI X3T11


PCS (Physical Coding Sublayer) en 1000Base-X

Esta subcapa ofrece las funciones de codificación/decodificación 8B10B (adoptada de la subcapa FC-1 del canal de fibra)

Cada byte se divide en dos grupos. El primer grupo tiene los 3 bits más significativos (bits y) y el segundo

grupo contiene los menos significativos (bits x). Cada byte se representa de la forma /Dx.y/, donde x representa el valor decimal de los cinco bits menos significativos y y representa el valor decimal de los tres más significativos. Por ejemplo:

/D0.0/ = 000 00000

/D6.2/ = 010 00110

/30.6/ = 110 11110


PCS (Physical Coding Sublayer) en 1000Base-X

Existen 12 símbolos especiales que no representan datos. Se notan como /Kx.y/

La codificación 8B10B se utiliza para controlar los ceros y unos consecutivos.Los códigos de 10 bits deben tener

cinco unos y cinco ceros

cuatro unos y seis ceros

seis unos y cuatro ceros

La PCS realiza también las tareas de autonegociación, sincronización, procesos de transmisión y recepción


PMA (Physical Medium Attachment) en 1000Base-X

§ La PMA es responsable de serializar cada código de 10 bits recibidos de la PCS y enviar los datos serializados a la PDM.

§ Es responsable de hacer la tarea inversa: des-serializar cada código de 10 bits recibidos y pasarlos a la PCS.

§ También es responsable de alinera los datos seriales que llegan antes de pasarlos a la PCS


PMD (Physical Medium Dependent sublayer) en 1000Base-X

§ La PMD es la conexión física al medio: puede ser una unidad óptica (longitud de onda de 780 ó 1300 nm) para F.O. ó un transceiver con conector RJ45 para UTP categoria 5.

§ Para una implementación CSMA/CD, el máximo diámetro de la red no debe exceder los 200 metros: SIN IMPORTAR CUAL SEA EL MEDIO.

§ La señalización de línea física utilizada en 1000Base-X para transmitir los códigos de 10 bits es NRZ.

§ Transmitir 8 bits como 10 bits en hace que los 1000Mbps sean 1250 Mbaudios. (un LED sólo puede transmitir a 622 MHz, esto obliga a utilizar diodos laser.


Coficación y señalización en 1000Base-T

§ Usa los 8 hilos del cable UTP.§ Los transceivers 1000Base-T tienen en cada extremo 4

secciones identicas de transmisión y de recepción (una por cada par)› El circuito que permite hacer que se transmita y reciba al mismo

tiempo recibe el nombre de “hybrid”

§ Utiliza scrambling§ Utiliza TCM (Trellis Code Modulation)§ Representa los bits con un código de 5 niveles (+2, +1, 0 , -1 , -

2) con 4D/PAM5


Transmisión de la señal en 1000Base-TT

R

Hibrid

T

RH

ibrid

T

R

Hibrid

T

R

Hibrid

T

R

Hibrid

T

R

Hibrid

T

R

Hibrid

T

R

Hibrid


Scrambling (mezclar)

Imagine un sistema de comunicación que envie un patrón repetitivo de 1010 y 1100 sobre un medio con cuatro canales

10101010101010101010

11111111111111111111

00000000000000000000

01010101010101010101

Tie

mp

o

Uno (1) se representa con una transición.Cero (0) permanece en el mismo nivel.


Scrambling (mezclar)Observe que la repetición continua de unos (111...) genera una onda de alta

frecuencia. Como las frecuencias altas tienden a irradiar “mejor”, el scrambling ayuda a eliminar dichos componentes de alta frecuencia (al reducir la correlación de los datos sobre el canal)

10101010101010101010

11111111111111111111

00000000000000000000

01010101010101010101

Tie

mp

o

Dominio

del tiempo

Dominio

de la frecuencia( |Re(FFT(x))| )

0 fs(max)


Trellis Coded Modulation (TCM)

conversorde

seriala

paralelo

Codificadorde

convolución

Mapeo degruposde bits

a puntosde la

constelación

Driver

Driver

Keyer 0o-180o

Keyer 0o-180o

bits

4 bits

2 bits 3 bits


Codificador de convolución

§ Asumiendo que el código de convolución está compuesto por la suma módulo 2 de los dos bits de datos más recientes, entonces dos bits de salida se generarán por cada bit: un bit de datos y uno de paridad.

§ Si se asume que el primer bit que genere el codifiacdor es el mismo bit de datos, el segundo será la suma módulo 2 del bit de datos actual y del anterior.

b3b2b1P3b3P2b2P1b1

1101 01111011


Codificador de convoluciónVamos a colocar los bits 0110 en el codificadorPrimero entra el 0

Nota: dentro del codificador hay dos ceros (00) y la salida tiene dos ceros {00}

T T bits de salidaBit de entrada0110 0 0

0 0

0

00 00 00

Bloques deretardo de tiempo

Compuertaslógicas XOR

00


Codificador de convoluciónVamos a colocar los bits 0110 en el codificadorLuego entra el 1

Nota: dentro del codificador hay un uno y un cero (10) y la salida tiene dos unos {11}


1 1

1

11 00 00



00


Codificador de convoluciónVamos a colocar los bits 0110 en el codificadorLuego entra el 1

Nota: dentro del codificador hay dos unos (11) y la salida tiene un cero y un uno {01}


0 0

1

01 11 00



00


Codificador de convoluciónVamos a colocar los bits 0110 en el codificadorFinalmente entra el 0

Nota: dentro del codificador hay un cero y un uno (01) y la salida tiene un cero y un uno {01}

T T bits de salidaBit de entrada10 1

1 0

1

01 01 00



11


Rejilla (trellis)

Observe que si dibujamos un diagrama de estados donde, cruzamos los bits que están esperando dentro del codificador con los que se obtienen a la salida de acuerdo con el bit que entra, tenemos sólo ciertos posibles “caminos” para pasar de un estado a otro.

00

01

10

11

00 00 00 00

00 00

11 11 11 1111 11

10 10 10

10 10

01 01 01

01 01

Entró un 0

Entró un 1

Bit

s de

ntro

del

cod

ific

ador


Recorrido de codificación de 0110

Ahora dibujemos el camino seguido, en esta rejilla, por 0110,Se obtiene como salida 01 01 11 00

00

01

10

11

00 00 00 00

00 00

11 11 11 1111 11

10 10 10

10 10

01 01 01

01 01

Entró un 0

Entró un 1

Bit

s de

ntro

del

cod

ific

ador


Codificación de la señal para representar los datos§ En gigabit se utilizan las mismas técnicas de señalización utilizadas

en el canal de fibra y se han adaptado y extendido las utilizadas en Fast Ethernet (100Base-T2 y 100Base-T4)

§ 1000Base-T utiliza un esquema de codificación de bloque llamado 4D-PAM5 que transmite utilizando los 8 hilos del cable UTP. Este esquema “traduce” 8 bits de datos a cuatro símbolos (4D) que serán transmitidos simultáneamente, uno sobre cada par.

§ Estos símbolos son enviados sobre el medio utilizando señales moduladas por amplitud de pulso de 5 niveles (PAM5).

§ Estos 5 símbolos son conocidos como -2, -1, 0, +1, +2 (+/- 2 realmente son +/-1V, y +/-1 es to +/- 0.5V)› Si los símbolos -1 y +1 no se utilizan y sólo se transmite por un par

entonces el resultado es similar a la señalización de 100Base-TX (permitiendo implementar fácilmente 100/1000)

ethernet1b

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