¿Por qué los estándares de Ethernet están escritos en forma de 10/100/1000? ¿Por qué no solo 1000?

Siempre he visto los estándares de Ethernet escritos en la forma " valor bajo / valor medio / valor máximo ", y siempre me he preguntado por qué.

¿Acaso un enrutador no solo reproducirá velocidades inferiores a las inferiores a su máximo si está configurado como tal, haciendo que "/" sea innecesario?

Incluyen esto porque no todos los puertos pueden ejecutarse a múltiples velocidades o ciertas velocidades.

Probablemente, el funcionamiento a una sola velocidad era más común cuando apareció por primera vez 100BASE-TX y varios conmutadores tenían puertos 100BASE-TX fijos como puertos de enlace ascendente con puertos 10BASE-T para proporcionar acceso. Sin embargo, es común que muchos puertos basados ​​en GBIC / SFP solo se ejecuten a una determinada velocidad designada (por ejemplo, 100 Mbps o 1000 Mbps).

En el futuro, comenzará a ver que se reducen algunas velocidades más bajas. Cisco ya no brinda soporte para 10BASE-T con sus nuevos puertos "multi-Gig". No estoy seguro de si esta es una opción de diseño de Cisco o también parte de la enmienda IEEE 802.3bz que aún está en proceso.

También encontrará la mayoría de los puertos (AFAIK todos, pero no 100% seguros) en la plataforma Cisco Nexus ya no admitirán 10BASE-T y se designan como puertos 100/1000 (o puertos 1000/10000 que no admiten 100BASE-TX )

Y no es solo Cisco. Otros proveedores que ofrecen capacidad 10G a menudo limitan los puertos a velocidades de 1 / 10G o 100/1000/10000. Como ejemplos, HP tiene varios productos que siguen el modelo de doble velocidad y Extreme tiende a usar el modelo de tres velocidades para sus puertos de cobre 10G.

Buena pregunta. Para responderlo completamente implicaría una mirada bastante profunda al cableado de Ethernet. Pero intentaré explicarlo en un lenguaje más simple.

Las tres velocidades (10, 100, 1000) se ejecutan sobre el mismo cableado físico: par trenzado sin blindaje ( UTP ). UTP está formado por 4 pares de cables (8 cables en total): cada par está retorcido entre sí . Cada par de cables trabajan juntos para enviar señales al otro extremo.

Lo que permite que el mismo cableado físico transporte bits a través del cable a velocidades tan diferentes son las diferentes formas en que se utilizan cada uno de los 4 pares de cables. Tendremos que discutir tres ideas separadas: estándares y uso del cable, bits transmitidos y frecuencia.

Estándares y uso de cables

Por ejemplo, 100BASE-TX es el estándar predominante que gobierna las velocidades de transmisión de 100mbps sobre UTP. Lo hace dedicando un par de cables para la transmisión y el otro par de cables para recibir: los dos pares restantes no se utilizan.

1000BASE-T es el estándar predominante que gobierna las velocidades de transmisión de 1000mbps sobre UTP. Lo hace mediante el uso de los cuatro pares de cables, al mismo tiempo, en ambas direcciones. Cada par es responsable de transportar aproximadamente 250 Mbps de tráfico a la vez, lo que proporciona un rendimiento total de 1000 Mbps o 1 Gbps.

Bits transmitidos

Una de las otras diferencias entre 100BASE-TX y 1000BASE-T es que cada bit de transmisión a través del cable es diferente.

Básicamente, en cualquier momento dado, una cierta señal de voltaje en el cable representa un cierto valor. En 100BASE-TX, solo pueden existir dos valores posibles: un valor de 0o un valor de 1. Se podría decir que en cualquier caso, se puede transferir un solo bit a través del cable .

En 1000BASE-T, hay cuatro valores de voltaje posibles que pueden existir en el alambre: 00 01 10 11. O, dicho de otra manera, cada instancia de señal que se aplica a UTP en el estándar 1000BASE-T transfiere dos bits a la vez.

Frecuencia

100BASE-TX requiere una frecuencia de 100Mhz , lo que significa que cada uno puede aplicar y leer una señal por el otro lado 100 millones de veces por segundo. Esto termina siendo la velocidad a la que cada par de cables puede transmitir a 1o a 0. Esto es lo que hace que 100BASE-TX tenga una velocidad de 100Mbps, porque cada 'instancia' de señal que se aplica equivale a un solo bit que se transmite. Y dado que se utilizan dos pares (uno en cada dirección), eso equivale a 100Mbps en una dirección, y 100Mbps en la otra, o un total de 100Mbps full duplex.

1000BASE-T requiere el uso de una frecuencia de 125Mhz, lo que significa que se puede leer una señal del (par de) cables 125 millones de veces por segundo. Dado que cada instancia de una señal que se aplica en 1000BASE-T envía dos bits a través del cable, esto significa que cada par puede transferir 250 millones de bits a través del cable por segundo, o 250 Mbps. Dado que se utilizan cuatro pares, esto otorga un total de 1000Mbps, o velocidad de 1gbps.

Resumen

Estos son algunos de los métodos por los que una sola especificación de cableado físico (UTP) puede transmitir datos a velocidades tan vastas (10 Mbps, 100 Mbps, 1000 Mbps o 10/100/1000). Piénselo desde los términos de la evolución de la tecnología: los ingenieros encontraron nuevas formas de transmitir datos a través del mismo cable. Como tal, el cable único puede hacer múltiples velocidades al mismo tiempo. Un solo cable UTP puede hacer 10, 100 o 1000 millones de bits por segundo, por lo tanto, los cables e interfaces están etiquetados como 10/100/1000.

^{Me temo que no sé los detalles de cómo 10BASE-T transfirió bits a través del cable, por lo que no puedo describir cómo funciona eso como lo hice con los otros dos estándares}

Realmente se reduce a la necesidad de soportar dispositivos y cableado heredados. Cisco tiene un documento bastante bueno, Tecnologías de Ethernet , que explica mucho en profundidad.

Ethernet ha existido por mucho tiempo. Fue comercializado en 1981 a 10 Mbps. Al principio, era bastante caro.

Recuerdo que las tarjetas de Ethernet costaban $ 750 en un momento en que eso era mucho dinero. Le tomó muchos años y muchos argumentos para alcanzar los 100 Mbps, y un poco de tiempo para que el estándar actual 100BASE-TX emergiera como el ganador. En ese momento, era bastante costoso en comparación con 10BASE-T, por lo que se relegó a centros de datos y necesidades de alta velocidad durante mucho tiempo. Los puertos se construyeron con compatibilidad con 10BASE-T porque era el más frecuente, y es posible que deba conectarse desde un conmutador, enrutador, etc.

El precio de 100 Mbps finalmente bajó cuando se lanzó 1000Base-T. Una vez más, era bastante caro en comparación con 100Base-TX, y permaneció en los centros de datos como grandes servidores durante mucho tiempo antes de que bajara el precio. Y tenía que ser compatible con las velocidades más lentas más frecuentes.

10GBASE-T ahora está en la posición premium, utilizada principalmente en centros de datos y en servidores. Eventualmente, también se convertirá en la corriente principal, integrada en la mayoría de los equipos nuevos, pero necesitará mantener la compatibilidad con versiones anteriores durante muchos años.

Ethernet de 40 y 100 Gbps actualmente tiene un nicho en el mercado, y las fuerzas del mercado determinarán cuál y qué estándar de cada uno se vuelve más frecuente. A medida que se vuelven más comunes, los precios de 10GBASE-T caerán.

La I + D ya se ha realizado para las velocidades más lentas, y Ethernet está básicamente construida en un chip ahora, por lo que realmente no cuesta más ofrecer las velocidades más lentas ya que todavía hay dispositivos heredados que necesitan velocidades más lentas.

El documento de Cisco en el enlace anterior se escribió hace mucho tiempo, pero los principios siguen siendo válidos, y la primera pregunta es básicamente lo mismo que usted hace.

Preguntas de revisión

P: ¿No deberían actualizarse todas las redes 10Base-T a 100 Mbps? ¿Por qué o por qué no?

R - No necesariamente: si la red 10Base-T actual se basa en repetidores, el reemplazo de los repetidores con interruptores no saturantes 10/100 resultaría en un aumento automático n veces en el ancho de banda promedio disponible para cada estación final.

P - ¿Qué versiones de 100Base se recomiendan? ¿Por qué?

A - Se recomienda 100Base-TX si el cableado horizontal es Categoría 5 o mejor UTP. Si el cableado horizontal es de Categoría 3, se puede usar 100BaseT4, pero puede ser difícil de adquirir (algunos informes indican que debido a que 100Base-TX estuvo disponible más de un año antes que T4, capturó hasta el 95 por ciento del mercado). 100Base-T2 no está disponible.

P - ¿Qué versiones de 1000Base se recomiendan? ¿Dónde serían utilizados?

A - 1000Base-T, se recomienda si el cableado horizontal es UTP Categoría 5 o mejor. 1000Base-SX se puede usar si el cableado horizontal es fibra óptica multimodo, así como para algunas redes troncales multimodo. 1000Base-LX se puede usar para fibra óptica monomodo o multimodo (consulte la Tabla 7-5). 1000Base-CX se puede utilizar para puentes de sala de equipos de corta distancia de hasta 25 metros.

P: ¿Qué tipos de cable deberían usarse para las redes nuevas? ¿Para actualizar las redes existentes? ¿Por qué?

R - Los enlaces UTP nuevos o de reemplazo pueden ser de Categoría 5E o superior para permitir el crecimiento de la velocidad de datos a 1000 Mbps. La fibra multimodo se puede usar como se indica en la Tabla 7-5 para 1000Base-SX, o como se indica en el párrafo siguiente a la Tabla 7-5 para 1000Base-LX. (Estas fibras también proporcionarán soporte futuro para distancias más cortas [entre 100 y 300 metros, dependiendo de la longitud de onda] a 10,000 Mbps.) Para estar verdaderamente a prueba de futuro y para garantizar que podrá operar estructuras troncales de mayor distancia, elija fibra monomodo.

P: ¿Cómo sabe cuándo debe actualizarse una red? Por donde empiezas

A - Hay varias formas:

• Tus usuarios te lo dirán (pero a menudo solo después de haber cruzado el umbral de frustración).
• Su sistema de administración de red debe ser capaz de indicar las características de carga para cada puerto DCE.
• Su organización está considerando agregar nuevas aplicaciones (como multimedia) que requerirán más ancho de banda de comunicación.
• Su organización está creciendo y no hay suficientes puertos DCE en las ubicaciones correctas para acomodar a los usuarios adicionales.

Después de haber determinado la necesidad, puede considerar las opciones. Recuerde que los elementos de red con la vida útil más larga (los medios de enlace, seguidos por los servidores de red y los conmutadores de red) también pueden ser los más costosos de reemplazar. Elija con la vista puesta en el crecimiento futuro y considere reutilizar estos elementos siempre que sea posible.

Los concentradores Ethernet puros solían funcionar solo a una velocidad: no podría conectar un dispositivo de 10 mbit (u otro concentrador, conmutador o enrutador a esa velocidad) a un concentrador de 100 mbits. Eso fue extremadamente inconveniente, por lo que se construyeron concentradores de doble velocidad (básicamente un conmutador de dos puertos). Esos fueron los avances para 100mbit Ethernet en los mercados domésticos / SOHO. Lo mismo ocurre, por supuesto, para los conmutadores con puertos de doble velocidad más adelante. El término de marketing para diferenciarse de las viejas cosas de velocidad única era '10 / 100 'y estaba tan comercializado que ni siquiera se puede imaginar.

Los puertos están etiquetados como "10/100/1000" para mostrar su compatibilidad; un puerto como este se vinculará con otro puerto a la máxima velocidad mutua. Esta es una buena manera de actualizar su red a medida que avanza. Muchos comenzaron con 100 Mbit / s, o incluso 10 Mbit / s, y al reemplazar los dispositivos con el tiempo, estos comienzan a vincularse a velocidades más altas.

Sin embargo, los estándares PHY son de una sola velocidad: 10BASE-T, 100BASE-TX, 1000BASE-T, 10GBASE-SR, ... No hay compatibilidad obligatoria para un puerto 100BASE-TX que también admita 10BASE-T, pero es opcional y extremadamente común. Por lo tanto, un puerto con múltiples velocidades es compatible con varios PHY diferentes.

La compatibilidad hacia abajo perfecta a menudo termina con puertos 10G que muy comúnmente solo admiten 1G y no una velocidad más lenta.