Temporización de Ethernet


Las reglas y especificaciones básicas para el adecuado funcionamiento de Ethernet no son particularmente
complicadas aunque algunas de las implementaciones más veloces de la capa física así se están volviendo. A pesar de su sencillez básica, cuando se produce un problema en Ethernet, a menudo resulta difícil determinar el origen. Debido a la arquitectura común en bus de Ethernet, también descrita como punto único de falla distribuido, el alcance del problema a menudo abarca a todos los dispositivos del dominio de colisión. En los casos en que se utilizan repetidores, esto puede incluir dispositivos separados hasta por cuatro segmentos.

Cualquier estación de una red Ethernet que desee trasmitir un mensaje, primero “escucha” para asegurar que ninguna otra estación se encuentre transmitiendo. Si el cable está en silencio, la estación comienza a
transmitir de inmediato. La señal eléctrica tarda un tiempo en transportarse por el cable (retardo) y cada
repetidor subsiguiente introduce una pequeña cantidad de latencia en el envío de la trama desde un puerto al siguiente. Debido al retardo y a la latencia, es posible que más de una estación comience a transmitir a la vez o casi al mismo tiempo. Esto produce una colisión.

Si la estación conectada opera en full duplex entonces la estación puede enviar y recibir de forma simultánea y no se deberían producir colisiones. Las operaciones en full-duplex también cambian las consideraciones de temporización y eliminan el concepto de la ranura temporal. La operación en full-duplex permite diseños de arquitectura de redes más grandes ya que se elimina la restricción en la temporización para la detección de colisiones.

En el modo half duplex, si se asume que no se produce una colisión, la estación transmisora enviará 64 bits de información de sincronización de tiempos que se conoce como preámbulo. La estación transmisora entonces transmitirá la siguiente información:

• Información de las direcciones MAC destino y origen.
• Otra información relacionada con el encabezado.
• Los datos
• La checksum (FCS) utilizada para asegurar que no se haya dañado el mensaje durante la transmisión.

Las estaciones que reciben la trama recalculan la FCS para determinar si el mensaje entrante es válido y luego envían los mensajes válidos a la siguiente capa superior de la pila del protocolo.

Las versiones de 10 Mbps y más lentas de Ethernet son asíncronas. Asíncrona significa que cada estación
receptora utiliza los ocho octetos de la información de temporización para sincronizar el circuito receptor con
los datos entrantes y luego los descarta. Las implementaciones de 100 Mbps y de mayor velocidad de Ethernet son síncronas. Síncrona significa que la información de temporización no es necesaria, sin embargo, por razones de compatibilidad, el Preámbulo y la SFD (Delimitador de Inicio de Trama) están presentes.

Para todas las velocidades de transmisión de Ethernet de 1000 Mbps o menos, el estándar describe la razón por la cual una transmisión no puede ser menor que la ranura temporal. La ranura temporal de la Ethernet de 10 y 100 Mbps es de 512 tiempos de bit o 64 octetos. La ranura temporal de la Ethernet de 1000 Mbps es de 4096 tiempos de bit o 512 octetos. La ranura temporal se calcula en base de las longitudes máximas de cable para la arquitectura de red legal de mayor tamaño. Todos los tiempos de retardo de propagación del hardware se encuentran al máximo permisible y se utiliza una señal de congestión de 32 bits cuando se detectan colisiones.

La ranura temporal real calculada es apenas mayor que la cantidad de tiempo teórica necesaria para realizar una transmisión entre los puntos de máxima separación de un dominio de colisión, colisionar con otra transmisión en el último instante posible y luego permitir que los fragmentos de la colisión regresen a la estación transmisora y sean detectados. Para que el sistema funcione, la primera estación debe enterarse
de la colisión antes de terminar de enviar la trama legal de menor tamaño. Para que una Ethernet de 1000
Mbps pueda operar en half duplex, se agregó un campo de extensión al enviar tramas pequeñas con el sólo
fin de mantener ocupado al transmisor el tiempo suficiente para que vuelva el fragmento de colisión. Este
campo sólo se incluye en los enlaces en half-duplex de 1000 Mbps y permite que las tramas de menor
tamaño duren el tiempo suficiente para satisfacer los requisitos de la ranura temporal. La estación receptora
descarta los bits de extensión.

En Ethernet de 10 Mbps, un bit en la capa MAC requiere de 100 nanosegundos (ns) para ser transmitido. A
100 Mbps el mismo bit requiere de 10 ns para ser transmitido y a 1000 Mbps sólo requiere 1 ns. A menudo,
se utiliza una estimación aproximada de 20,3 cm (8 in) por nanosegundo para calcular el retardo de
propagación a lo largo de un cable UTP. En 100 metros de UTP, esto significa que tarda menos de 5 tiempos de bit para que una señal de 10BASE-T se transporte a lo largo del cable.

Para que Ethernet CSMA/CD opere, la estación transmisora debe reconocer la colisión antes de completar la transmisión de una trama del tamaño mínimo. A 100 Mbps, la temporización del sistema apenas es capaz de funcionar con cables de 100 metros. A 1000 Mbps, ajustes especiales son necesarios ya que se suele
transmitir una trama completa del tamaño mínimo antes de que el primer bit alcance el extremo de los primeros 100 metros de cable UTP. Por este motivo, no se permite half duplex en la Ethernet de 10 Gigabits.

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Categoría: Conectividad y Redes.




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