Redes de Área Local 2024 v1

A finales del año 1995, el comité IEEE 802.3 formó el grupo de trabajo de alta velocidad con el fin de investigar estrategias para transmitir paquetes con formato Ethernet a velocidades del orden de Gigabits por segundo. Desde entonces se han especificado un conjunto de estándares a 1.000 Mbps.

Capa de acceso al medio

La especificación a 1.000 Mbps utiliza el mismo formato para las tramas y protocolos que el CSMA/CD usado en las versiones de IEEE 802.3 a 10 Mbps y 100 Mbps. Se han introducido dos mejoras respecto al esquema CSMA/CD básico en lo que se refiere al funcionamiento de los concentradores:

1) Extensión de la portadora: 

Esta mejora consiste en añadir una serie de símbolos al final de una trama MAC corta, de tal manera que el bloque resultante tenga una duración equivalente a 4.096 bits, mucho mayor que los 512 exigidos en el estándar a 10 y 100 Mbps. El objetivo es que la longitud de la trama, es decir, el tiempo de transmisión, sea mayor que el tiempo de propagación a 1 Gbps. La extensión de portadora es necesaria para cumplir con los requisitos de tamaño mínimo de trama (64 bytes) y el tiempo máximo de propagación de la red, evitando colisiones. Básicamente, si la trama enviada es más corta que el tamaño mínimo requerido, se añade una extensión de portadora para alcanzar el tamaño mínimo necesario, asegurando que la detección de colisiones funcione correctamente.

2) Ráfagas de tramas (Burst Mode):

Esta funcionalidad permite que se transmitan de forma consecutiva varias tramas cortas (sin superar un límite) sin necesidad de dejar el control del CSMA/CD.

Este es un mecanismo utilizado en Gigabit Ethernet sobre cobre (1000BASE-T) y otras formas de Ethernet sobre medios de transmisión de mayor latencia, que permite que un dispositivo continúe enviando tramas mientras tenga datos disponibles en su buffer de transmisión y el canal esté libre.

Las ráfagas de tramas evitan la redundancia y gasto que conlleva la técnica de la extensión de la portadora, en el caso de que una estación tenga preparadas para transmitir varias tramas pequeñas. Se usa para evitar que el canal quede inactivo entre tramas sucesivas y para reducir la sobrecarga de los tiempos de espera y control de acceso al medio, lo cual puede ser significativo a velocidades tan altas.

El concepto de ráfaga de tramas es particularmente útil cuando se emplean tramas cortas (por ejemplo, en redes donde hay muchos paquetes pequeños como respuestas de ACK, en el caso de TCP). Sin la ráfaga de tramas, el tiempo para preparar la transmisión de cada trama podría causar subutilización del ancho de banda disponible, ya que la transmisión de tramas pequeñas implicaría una gran cantidad de sobrecarga.

3) Tramas Jumbo (Jumbo Frames):

Son tramas Ethernet que tienen un tamaño mayor al estándar máximo de 1500 bytes. Las Jumbo Frames pueden llegar a tener hasta 9000 bytes o más, dependiendo de la implementación.

El uso de Jumbo Frames tiene los siguientes beneficios:

1. Reducción de la Sobrecarga: Al transmitir tramas más grandes, se reduce el número de tramas necesarias para enviar una cantidad determinada de datos. Esto significa menos encabezados (headers) y pies (trailers), lo que disminuye la sobrecarga asociada con la gestión de tramas pequeñas.

2. Menos Procesamiento en Dispositivos: La transmisión de menos tramas implica que los dispositivos de red (como switches y routers) tienen que procesar menos tramas, lo cual reduce la carga de CPU y mejora la eficiencia del sistema.

3. Mayor Rendimiento en Redes: Al disminuir la cantidad de interrupciones y la cantidad de operaciones de procesamiento por cada paquete, se mejora el rendimiento general de la red, especialmente en aplicaciones que requieren una transferencia de datos masiva, como el almacenamiento en red y la transmisión de video.

Sin embargo, el uso de Jumbo Frames tiene algunas consideraciones:

• Compatibilidad: Todos los dispositivos en la red (switches, routers, y adaptadores de red) deben admitir Jumbo Frames. Si hay un dispositivo en la ruta que no lo admite, se fragmentarán los paquetes, lo cual puede generar problemas de rendimiento.

• Configuración Manual: En la mayoría de los casos, la configuración de Jumbo Frames no es automática y debe realizarse manualmente en cada dispositivo, incluyendo servidores y switches.

1000BASE-SX: Se utiliza para distancias cortas. Esta opción, en la que se usan longitudes de onda pequeñas, proporciona enlaces dúplex de 275 m usando fibras multimodo de 62,5 um o hasta 550 m con fibras multimodo de 50 um. Las longitudes de onda están en el intervalo comprendido entre 770 y 860 nm.

1000BASE-LX: Se utiliza para largas distancias. Esta alternativa, en la que se utilizan longitudes de onda mayores, proporciona enlaces dúplex de 550 m con fibras multimodo de 62,5 um o 50 um, o de 5 km con fibras monomodo de 10 um. Las longitudes de onda están entre los 1.270 y los 1.355 nm.

1000BASE-CX: Esta opción proporciona enlaces de 1 Gbps entre dispositivos localizados dentro de una habitación (o armario de conexiones) utilizando latiguillos de cobre (cables de pares trenzados de menos de 25 m con un apantallamiento especial). Cada enlace consiste en dos pares trenzados apantallados, cada uno de los cuales se usa en un sentido.

1000BASE-T: Esta opción utiliza cuatro pares no apantallados (UTP) cat. 5e o superior para conectar dispositivos separados hasta 100 m.