GIGABIT ETHERNETNivel Físico

Víctor Poblete González

ÍndiceIntroducción.

Gigabit EthernetNivel físico

Codificación8B/10BPAM-5x5

InterfacesGMIITBI

Medios de transmisión1000BASE-X

1000BASE-SX1000BASE-LX1000BASE-CX

1000BASE-T

IntroducciónGigabit Ethernet

Gigabit Ethernet surge dado al interés que el comité del IEEE 802.3 tomó ante el paso de la Ethernet (10 Mbps) a Fast Ethernet (100 Mbps).Gigabit Ethernet se basa en los anteriores protocolos, aunque varía en el nivel físico, ya que el medio de transmisión para el que fue diseñado es la fibra óptica, pudiendo usarse también par trenzado. Por otro lado, el sistema de codificación también es distinto.

IntroducciónGigabit Ethernet

Gigabit Ethernet suele emplearse como troncal para conectar diversas redes Ethernet de menor velocidad.

IntroducciónNivel Físico

La capa física coge un flujo de datos y lo transforma en señales ópticas o eléctricas para su transmisión a través de un medio físico. De forma análoga, el receptor toma estas señales y las transforma en los datos originales.La capa física de Gigabit Ethernet esta formada por una mezcla entre la tecnología Ethernet y la Especificación de Canales por Fibra ANSI X3T11. Gigabit Ethernet acepta 4 tipos de medios físicos, los cuales son definidos en 802.3z (1000Base-X) y 802.3ab (1000Base-T)

IntroducciónNivel Físico

El nivel físico se divide en 4 subniveles:PCS (Subcapa de codificación física)

Codificación/decodificación (8B/10B - PAM 5x5)PMA (Subcapa de conexión al medio físico)

Gestiona los grupos de símbolos.PMD (Subcapa dependiente del medio físico)

Transceptor para el medio físico concreto (T, CX, LX, SX)

MDI (Interfaz dependiente del medio)Conector específico al medio.

IntroducciónNivel Físico

Codificación

Gigabit Ethernet utiliza un esquema de codificación en bloque, donde un grupo de bits se codifican en otro de mayor número de bits.Se utilizan 2 codificaciones:

8B/10BPAM-5x5

Codificación8B/10B

Es la codificación de bloque que utiliza 1000BASE-X.Cada 8 bits de datos se codifican en 10 bits.Con esta codificación se mejora la señal física, consiguiendo los siguientes beneficios:

La sincronización de bits se consigue más fácilmente.Se simplifica el diseño de los transmisores y receptores.Se mejora la detección de errores.Los caracteres de control se pueden distinguir de los de datos.Eficiencia del 80%, al igual que en 4B/5B.Mayor redundancia que 4B/5B; de los 2^10 = 1024 grupos posibles se eligen 28 = 256 (25%)

Inconveniente: si hay un error se pierden 8 bits (frente a 4 en el caso de 4B/5B).

Codificación8B/10B

La forma de realizar la codificación es dividir cada byte en dos grupos. El primer grupo tiene los 3 bits más significativos (bits y) y el segundo grupo contiene los menos significativos (bits x).El objetivo es que haya igual número de ceros que de unos, por lo que detrás de los bits ‘y’ y los bit ‘x’ se añade 0 ó 1 dependiendo de los ceros y unos que contenga el byte a codificar.

CodificaciónPAM-5x5

La Modulación de Amplitud de Pulso emplea una señal de 5 niveles de amplitud.De los 5 posibles niveles usa solo 4 para datos, reservándose el 5º para la corrección de errores.Se representan 2 bits por cada símbolo. Rendimiento del 200%.

Interfaces

Existen 2 puntos de interfaz estándares entre un controlador de Gigabit Ethernet y un dispositivo que implemente la capa física:

GMII Gigabit Media-Independent Interface: Esta interfaz permite al controlador conectarse a cualquier transceptor, tanto en 1000BASE-X como en 1000BASE-T.10B o TBI “Ten Bit” Interface: Sólo se usa con 1000BASE-T.

InterfacesGigabit Media-Independent Interface

GMII es la interfaz entre el controlador de acceso al medio (MAC) y la capa física.Consiste en 4 grupos de señales:

Señales de transmisiónSeñales de recepciónSeñales de control de EthernetSeñales de gerencia

Interfaces“Ten Bit” Interface

Esta interfaz se diseño en muchos serializadores/deserializadorescomerciales de fibra, y se implantó en Gigabit Ethernet.Consiste en 3 grupos de señales:

Señales de transmisiónSeñales de recepciónSeñales de control

Medios de transmisión

Gigabit Ethernet acepta dos familias distintas de sistemas de comunicación de la capa física:

1000BASE-X: Estándar 802.3z de 1998 Codificación 8B/10B

1000BASE-SX1000BASE-LX1000BASE-CX

1000BASE-T: Estándar 802.3ab de 1999 Codificacion PAM-5x5

Medios de transmisiónFibras multimodo

La luz viaja reflejándose en el interior del núcleo.Grosor de 62’5 µm y 50 µm

Medios de transmisiónFibras monomodo

La luz sigue una trayectoria recta por el medio.Ofrece el mayor flujo de transmisión de información.Grosor de 10 µm

Medios de transmisión 1000BASE-SX

Los lasers de onda corta (770-860 nm) sólo se usan con fibra óptica multimodo.Las distancias a las que pueden transmitir llegan hasta los 275 metros utilizando fibra de 62’5 µm y 550 metros con fibra de 50 µm.Utilizan un conector SC.

Medios de transmisión 1000BASE-LX

Los lasers de onda larga (1270-1355 nm) se usan con fibra monomodo, pudiendo usarse también con fibra multimodo.La distancia a la que permite transmitir es mayor que la del láser de onda corta, llegando a los 550 metros con fibra multimodo (de 62’5 µm o 50 µm) y hasta los 5000 metros con fibra monomodo de 10 µm.Utilizan también un conector SC.

Medios de transmisión1000BASE-SX y 1000BASE-LX

Conector SC para fibra óptica.

Medios de transmisión 1000BASE-CX

Utiliza un cable STP, que es un cable de cobre de par trenzado apantallado.La distancia máxima que permite es de 25 metros y su principal uso es la interconexión entre dispositivos como puentes, switches y routers.Fue diseñado como alternativa más económica a las conexiones de fibra óptica. Sin embargo, el precio de los lasers de onda corta bajó rápidamente.Se utilizan 2 tipos de conectores: de 8 y de 9 pin.

Medios de transmisión 1000BASE-CX

Conector de 9 pin.

Medios de transmisión 1000BASE-T

Emplea como medio de transmisión un cable UTP, al igual que Ethernet y Fast Ethernet, usando 4 pares de líneas de categoría 5 UTP.Utiliza conectores RJ45.Características:

Se reparte el tráfico entre los cuatro pares (250 Mb/s cada uno).Se emplean circuitos híbridos para conseguir transmisión simultánea por cada par en cada sentido.Se codifica en PAM 5x5.

Medios de transmisiónComparativa

Bibliografía

“Transmisión de datos y redes de comunicaciones”. Behrouz A. Forouzan“Gigabit Ethernet”. Rich Seifert.http://www.rhyshaden.com/encoding.htmhttp://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/ethernet.htm#xtocid23