La disyuntiva del Perro

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.

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. 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).

Pares de un UTP/STP

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

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		+TR_DA
2		-TR_DA
3		+TR_DB
4		+TR_DC
5		-TR_DC
6		-TR_DB
7		+TR_DD
8		-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.