[lang_es]Preámbulo

Varias preguntas han surgido en mi anterior post “Guía para el cableado de redes” hace un tiempo atrás sobre como se cablea para redes Gigabit. Así que en vistas que no estaba del todo claro que el sistema de cableado no ha sido alterado para las nuevas redes, sino que simplemente se aprovecharon los dos(2) pares extra del cable, he optado por poner este post en le que trataré de explicar cómo se realiza la transmisión de datos, tanto para las redes 10/100 como para las nuevas redes de 1 Gigabit o 1000Mbps.

Como primer punto, creo que es bueno explicar la diferencia existente entre B y b, ya que no se trata de un capricho de quien esté escribiendo sobre algún tema. B(mayúscula) significa byte, mientras que b(minúscula) es por bit.



Tabla de referencia
Tasa Lectura Velocidad en ?B(*bytes) / ?Bps
1000Kbps/1Mbps 1000 Kilobits/1 Megabit por segundo aprox. 128KBps(0.128MBps)
10Mbps 10 Megabits por segundo aprox. 1.28MBps
100Mpbs 100 Megabits por segundo aprox. 12.80MBps
1000Mbps / 1Gbps 1000 Megabits/1 Gigabit por segundo aprox. 128.00MBps
1Tbps 1 Terabit por segundo aprox. 1280.00 MBps

Generalmente los ISP(Internet Service Providers) ofrecen conexiones a internet y usan engañosamente éstos términos. Pero la realidad es que es bastante fácil de saber de qué están hablando. Cuando hacen referencia a la tasa de transferencia, normalmente dice: “… 1Mega de velocidad!”. En ese caso, están diciendo que la velocidad de descarga para la conexión ofrecida es de 1Mb(ver tabla anterior para ver velocidad máxima de descarga). Cuando hacen referencia al límite de desacarga mensual, el el plan ofrecido cuenta con límite, hablan de “… hasta 3Gigas de transferencia!”. Aquí, normalmente hacen referencia a GB, o sea cuanta información podrás descargar sin que te cobren extra.

Las redes lan se miden en velocidades que como mínimo, es diez(10) veces superior a la tasa de transferencia de una conexión domiciliaria normal(1Mbps).


Introducción
Una red de Gigabit, puede ser montada perfectamente sobre un cableado existente basado en UTP(par trenzado sin blindaje) Cat.5(se recomienda el cable Cat. 5e), siempre y cuando el cableado esté armado siguiendo los estándares EIA/TIA 568A o B. Cómo puede ser esto posible? Trataré de explicarles eso y algunos otros aspectos interesantes sobre las redes de 1Gbps.

Cable UTP - Cat.5
Cable UTP Cat. 5e

NOTA: Si buscas como armar un cable para red, te recomiendo leer antes el post “Guía para cableado de redes” y luego continuar.

Los cables recomendados para cableado de redes 1000BaseT son UTP Cat.5e o Cat6.

Los cables Cat. 5 y 5e cuentan con 4 pares(8 hilos), pero en las redes de 10/100Mbps solamente se utilizan dos pares(4 hilos), uno para transmitir(TX) y otro para recibir datos(RX).

Orden de los pares en 568B
Pares de un UTP/STP



ejemplo para 10/100Mbps EIA/TIA 568B
Pin Color Function
1 Blanco Naranja +TX
2 Naranja -TX
3 Blanco Verde +RX
4 Azul No se usa
5 Blanco Azul No se usa
6 Verde -RX
7 Blanco Marrón No se usa
8 Marrón No se usa

Las redes ethernet utilizan una técnica para evitar la interferencia electromagnética denominada “cancelación”. Cuando se aplica corriente eléctrica a un cable(transmitimos datos), la misma genera un campo electromagnético alrededor del mismo. Si ese campo es lo suficientemente fuerte, podría causar interferencias con los cables que tiene a su lado, y por ende, corromper los datos que se están transmitiendo a través de ellos. Ese problea se lo conoce como “crosstalking”.

Cómo trabaja la “cancelación” entonces? Simplemente se genera un complemento por el cable par. Cada vez que se aplica corriente a un calbe, se genera una carga de igual fuerza pero con polaridad invertida por el cable par, o sea, espejamos la transmisión. Esto hace el trabajo muy sencillo para el equipo receptor, pues si los datos por ambos hilos del par son iguales pero con polaridad invertida, sabrá que el dato llegó correctamente, cualquier otra cosa será considerada basura o ruido. Por ese motivo es que tenemos 2 hilos para transmitir(+TX/-TX) y recibir(+RX/-RX).

Técnica de Cancelación / Cancellation technique
Cancellation technique

Transmitiendo datos

En una red 10BaseT estándar, cada bit que se transmite se transforma en un bit de transferencia, eso implica que para transmitir 1B(byte) deberá impactarse 8 veces el cable con electricidad. La velocidad de 10Mbps significa que la velocidad del reloj es de 10MHz, simplemente porque 1 solo bit es transmitido por cada ciclo del reloj. Otros estándares trabajan de manera diferente.

Las redes basadas en 100BaseT sin embargo, utilizan un esquema de codificación denominado 8B/10B, donde cada grupo de 8bits(1Byte) es codificado en una señal de 10bits. Esto ya marca la diferencia con 10BaseT, pues ahora cada bit no representa un impacto con electricidad la cable. Si aplicamos la matemática, para una transferencia de 100Mbps, el reloj debería ser de 125MHz(10/8×100).

En el caso de las redes 1000BaseT, lo que cambia es la codificación. Cada impacto con corriente al cable representa 2(dos) bits, eso hace que cada señal recibida por un equipo sean 2 bits en lugar de 1. Para esto, necesita utilizar los 4 pares(8 hilos).


Lo interesante de éste sistema es que a diferencia del 10BaseT y 100BaseT que utilizan pares diferentes para transmitir(TX) y recibir(RX), los 4 pares(8 hilos) son usados tanto para recibir como transmitir! Además, utiliza el mismo reloj que la red basada en 100BaseT(125MHz), pues la diferencia radica en la canidad de información transmitida por cada ciclo del mismo. La matemática es sencilla ;): 125MHz x 2 bits x 4 pares = 1000Mbps / 1Gbps

El sistema utilizado para modular en una Gigabit Ethernet se llama 4D-PAM5. Utiliza 5 voltajes, cuatro para datos y el quinto para el mecanismo de corrección de errores.

Entonces, decir que una red de 1000Mbps trabaja con un reloj de 1GHz es un error. Trabaja a 125MHz, exactamente igual que la “Fast Ethernet”(100BaseT), con la diferencia que transmite 2 bits por ciclo de reloj y usa los 4 pares del cable.


1000Mbps EIA/TIA 568B example
Pin Color Function
1 Blanco Naranja +TR_DA
2 Naranja -TR_DA
3 Blanco Verde +TR_DB
4 Azul +TR_DC
5 Blanco Azul -TR_DC
6 Verde -TR_DB
7 Blanco Marrón +TR_DD
8 Marrón -TR_DD
TR: TX y RX (Bidireccional)
DA: Dato A
DB: Dato B
DC: Dato C
DD: Dato D

Algunos aspectos sobre la performance de una red 1000Mbps

Hoy en día, muchos proveedores ofrecen tarjetas de red 10/100/1000Mbps. Sin embargo, no todas las tarjetas alcanzarán una tasa de transferencia de 1000Mbps(128MBps).

El problema se puede dar en como se conecta el chip al sistema. Si el mismo está conectado a un bus PCI estándar, probablemente no logre la máxima performance, ya que un bus PCI llega a una tasa máxima de transferencia de 133MBps y una tarjeta 1000BaseT por sí sola genera una tasa de transferencia de 125MBps. A simple vista diríamos que mi primera aseveración es incorrecta, pero si lo piensan un segundo me darán la razón! ;)

El bus PCI, justamente por tratarse de un bus, es un recurso compartido, por lo que son muchos los dispositivos que hacen uso del mismo para transmitir información de un lado a otro del sistema, y si la red estuviera transmitiendo a su máxima velocidad nuestro sistema cearía sin remedio, pues el excedente sería de apenas 8MB para todos los demás dispositivos de nuestro sistema.

Sin embargo, si nuestra GigaLan está conectada al PCI Express, tendremos una conexión punto a punto de 250MBps con nuestro sistema. Esto es así pues PCIE no comparte el ancho de banda con otros dispositivos. De esta forma, la tarjeta de red Gigabit podrá alcanzar su máximo potencial sin problemas.

Para saber qué bus utiliza su tarjeta deberán fijarse en las especificaciones del fabricante. Normalmente dice claramente si la tarjeta es PCI o PCI Express. Si no se especifica, generalmente son tarjetas PCI. Otro factor importante es que la tarjeta madre(motherboard) no soporte PCI Express, en ese caso, la tarjeta no funcionará correctamente.

Por ejemplo, si tomamos las DFI LanParty 925X-T2 que venían con 2 tarjetas ethernet Gigabit, una de ellas está asociada al bus PCI(Marvell 88E8001) y la otra al PCI Express(Marvell 88E8053). Esto nos dice que una de las tarjetas estará ofreciendo el máximo de su potencial, mientras que la otra deberá compartir el ancho de bando con el resto de los dispositivos PCI del sistema.[/lang_es][lang_en]Preamble

Introduction

Gigabit Ethernet allows network transfers up to 1.000 Mbps using standard Cat 5 UTP (unshielded twisted pair) cabling. How can this be accomplished, since Cat 5 cables can run only up to 100 Mbps? We will explain this and also other very interesting issues regarding Gigabit Ethernet performance.

Ethernet Cat 5 cables have eight wires (four pairs), but under 10BaseT and 100BaseT standards (10 Mbps and 100 Mbps, respectively) only four (two pairs) of these wires are actually used. One pair is used for transmitting data and the other pair is used for receiving data.



10/100Mbps EIA/TIA 568B example
Pin Color Function
1 White with Orange +TD
2 Orange -TD
3 White with Green +RD
4 Blue Not Used
5 White with Blue Not Used
6 Green -RD
7 White with Brown Not Used
8 Brown Not Used

Ethernet standard uses a technique against electromagnetic noise called cancellation. As electrical current is applied to a wire, it generates an electromagnetic field around the wire. If this field is strong enough, it can create electrical interference on the wires right next to it, corrupting the data that were being transmitted there. This problem is called crosstalk.


What cancellation does is to transmit the same signal twice, with the second signal “mirrored? (inverted polarity) compared to the first one, as you can see on Figure 1. So when receiving the two signals, the receiving device can compare the two signals, which must be equal but “mirrored?. The difference between the two signals is noise, making it very simple to the receiving device to know what is noise and to discard it. “+TD? wire standards for “Transmitting Data? and “+RD? wire standards for “Receiving Data?. “-TD? and “-RD? are the “mirrored? versions of the same signal being transmitted on “+TD? and “+RD?, respectively.

Técnica de Cancelación / Cancellation technique
Cancellation technique

Data Transmission

On 10BaseT standard each bit that the computer wants to transmit is physically coded into a single transmitting bit, i.e. for a group of eight bits being transmitted, eight signals will be generated on the wire. Its 10 Mbps transfer speed means that its clock is of 10 MHz, but just because each clock cycle a single bit is transmitted. On other standards this is different.

100BaseT uses a coding scheme called 8B/10B, where each group of eight bits is coded into a 10-bit signal. So, differently from 10BaseT, each bit does not directly represents a signal on the wire. If you make the proper math, with a 100 Mbps data transfer rate, the clock rate of 100BaseT is of 125 MHz (10/8 x 100).

So, Cat 5 cables are certified to have a transmission speed of up to 125 MHz.

What Gigabit Ethernet does is to change the coding. Instead of making each bit to be coded into a single signal like 10BaseT or to code each 8-bit group into a 10-bit signal, it codes two bits per signal. So, a signal over a Gigabit Ethernet cable represents two bits, instead of a single bit. In order words, instead of just using two voltages on a signal representing merely “0? or “1?, it uses four different voltages, representing “00?, “01?, “10? and “11?.

Also, instead of using just four wires of the cable, Gigabit Ethernet uses all wires.

On top of this, all pairs are used in a bi-directional fashion. As we’ve seen above, both 10BaseT and 100BaseT uses different pairs for transmission and reception; on 1000BaseT, as Gigabit Ethernet cabling is also called, the same pairs are used for both data transmission and reception.

The beauty of Gigabit Ethernet is that it still uses the 100BaseT/Cat 5 clock rate of 125 MHz rate, but since more data is transmitted per time, the transfer rate is higher. The math is quite simple: 125 MHz x 2 bits per signal (i.e., per wire pair) x 4 signals per time = 1.000 Mbps.

This modulation technique is called 4D-PAM5 and it actually uses five voltages (the fifth voltage is used for its error-correction mechanism).

So it is a mistake to say that Gigabit Ethernet runs at 1.000 MHz. It doesn’t. It runs at 125 MHz just like Fast Ethernet (100BaseT), but it achieves a 1.000 Mbps because it transmits two bits per time and uses the four pairs of the cable.

On the table below you can check Gigabit Ethernet cabling pinout. “BI? stands for bi-directional, while DA, DB, DC and DD stand for “Data A?, “Data B?, “Data C? and “Data D?, respectively.



1000Mbps EIA/TIA 568B example
Pin Color Function
1 White with Orange +BI_DA
2 Orange -BI_DA
3 White with Green +BI_DB
4 Blue +BI_DC
5 White with Blue -BI_DC
6 Green -BI_DB
7 White with Brown +BI_DD
8 Brown -BI_DD

Performance Issues

Nowadays several motherboards come with one on-board Gigabit Ethernet port. Some very high-end motherboards can even provide two Gigabit Ethernet ports. Depending on motherboard architecture, however, the Gigabit Ethernet may not achieve its 1.000 Mbps transfer rate.


The problem is how the Gigabit Ethernet chip is connected to the system. If it is connected to the standard PCI bus, it probably won’t achieve its full speed. PCI bus works with a maximum transfer rate of 133 MB/s, while Gigabit Ethernet runs up to 125 MB/s (1.000 Mbps / 8 = 125 MB/s). By just observing these two numbers you could say that Gigabit Ethernet “fits? PCI bus, but the problem is that PCI bus is shared with several other components of your system, thus lowering the available bandwidth. So, even though in theory Gigabit Ethernet can run fine on PCI bus, it is just to close to the bandwidth limit of the bus.

PCI Express, on the other hand, has a maximum transfer rate of up to 250 MB/s and is a point-to-point connection, which means that it doesn’t share this 250 MB/s bandwidth with any other device, thus allowing Gigabit Ethernet to achieve its full speed.

How can one tell which bus Gigabit Ethernet chip is connected to? There are three basic ways. The easiest way is to see if your motherboard is based on PCI Express bus. If it doesn’t, the Gigabit Ethernet chip can only be connected to the standard PCI bus.

The second way is to take a look on the motherboard manual or the motherboard specs page on the manufacturer’s website and look for this information there. Usually on the main specs page it is written “PCI? or “PCI Express? besides the name of the Gigabit Ethernet controller, telling you which bus is used.

The third way is to go to the Gigabit Ethernet controller manufacturer website (VIA, Marvell, 3Com, etc) and look for the main specs for the model used on your motherboard. The bus type should be discriminated there.

To give you a real example, let’s take a look on the Gigabit Ethernet chips used on a DFI LanParty 925X-T2. One is a Marvell 88E8001, which is PCI, and the other one is a Marvell 88E8053, which is PCI Express. This information is located on the motherboard specs page on the manufacturer website. This means that the first chipset will be delivering fuul transfer rate, and de second one must share PCI bus bandwidth with other PCI devices.[/lang_en]

Average Rating: 4.6 out of 5 based on 166 user reviews.

Published by

Gustavo

...not much to tell :P

18 thoughts on “”

  1. Perro quisiera que me ayudaras a decifrar un par de cosas que necesitaria mas que un simple post.
    Crees que puedes darme tu correo, ya que me parecen muy buenos tus guias sobre redes.
    saludos,

  2. Espero no tomes a mal éste comentario… pero hasta el punto que sé, la Q existe, y no me cabe el uso de la K. Escribir mal por ignorancia es aceptable, pero hacerlo por gusto me parece espantoso y algo tonto… ahora, respecto a tú pregunta:

    eso es arbitrario, normalmente los Windows ya vienen listos para verse entre ellos pues se autoconfiguran con un IP 169.x.x.x, si deseas usar un rango propio simplemente usas uno de la clase C (192.168.0.0/24) para cada terminal.

    Por ejemplo, en una de las maquinas usas el 192.168.0.1 y en la otra el 192.168.0.2, ambas con la máscara 255.255.255.0

    El cable debe ser Xover, salvo que tus terminales tengan NIC con auto-sense.

    Saludos y gracias por comentar

  3. hey¡¡¡
    men eres genial me aclaraste muchas dudas k tenia solo me keda una mas como se que numeros de ip’s les debo dar a mis makinas en una konexion de ese tipo?????

    tanks por el post genial¡¡¡¡

  4. José, respecto a tu primer pregunta la respuesta es NO, simplemente porque quien hace la veces de “intermediario” entre tus terminales es capaz de alcanzar un máximo de 100Mbps. Por consiguiente, la velocidad de tu red sería la del nexo.
    En cuanto a la segunda pregunta, SI, ya que el nexo de tu red local sería capas de alcanzar 1Gbps, excepto los casos que necesites algo del router en que la comunicación bajaría a un máximo de 100Mbps.

    De todas formas debes comprender que la comunicación con internet no alcanza (a menos que tengas “MUCHO” ancho de banda”) los 100Mbps por lo que la comunicación está más que cubierta con el switch de 100Mbps.

    Resumiendo, si colocas un concentrador 10/100/1000 en tu LAN, las comunicaciones directas(PC-PC) alcanzarán velocidades superiores al los 100Mbps(recuerda que llegar a 1Gbps depende además de otros factores), pero las comunicaciones que involucren el switch de 100Mbps(router) tendrán ese tope de velocidad.

    Espero haber respondido tus dudas.

  5. Hola, su articulo es muy bueno y me ha despajado muchas dudas.
    Aún asi, tengo algunas por si me puede contestar:
    Con un router de cuatro puertos 10/100 mbps se puede adquirir velocidad de 1000 mbps si las tarjetas ethernet de los PCs conectados son 1000 mbps?
    ¿Es necesario en el caso anterior poner tras el router un swich 10/100/1000 para que la red trabaje a 1000? (Ello claro esta, para no cambiar el router por uno de 10/100/1000)
    Gracias.

  6. Lu, tal como expliqué en el anterior artículo sobre cableado, el Cat.5 soporta una red de Gigabit, pero no es garantido que tolere correctamente un tráfico alto. De ahí que se recomienda al menos un cableado basado en *TP Cat.5e.

  7. Excelente articulo,solo tengo una pequeña duda,¿se podria usar cable UTP cat 5, para montar una gigabit ethernet,o solo funcionaria con cable UTP cat 5e,muchas gracias por tu respuesta.

  8. La verdad, tus articulos son muy ilustrativos y despejan grandemente las necesidades de informacioón que tenemos los que no estamos familiarizados con el tema, Felicidades!!
    Saludos desde el noreste de Mexico!!
    Gracias

  9. Buenísimo!!!!!
    Estuve buscando info sobre redes de 1Gb y este es el primer documento claro que encuentro ya que lo único que tenía en claro antes de este post era que utilizaban el mismo cableado utp que las redes de 100.
    Gracias.

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