Gigabit Ethernet y cómo funciona (una guía 2022)

Gigabit Ethernet permite transferencias de red de hasta 1.000 Mbps utilizando cableado estándar Cat 5 UTP (par trenzado sin blindaje). ¿Cómo se puede lograr esto, ya que los cables Cat 5 sólo pueden funcionar hasta 100 Mbps? Te explicaremos esta y también otras cuestiones muy interesantes respecto al rendimiento de Gigabit Ethernet.

Los cables Ethernet Cat 5 tienen ocho hilos (cuatro pares), pero según los estándares 10BaseT y 100BaseT (10 Mbps y 100 Mbps, respectivamente) sólo se utilizan cuatro (dos pares) de estos cables. Un par se utiliza para transmitir datos y el otro par se utiliza para recibir datos.

El estándar Ethernet utiliza una técnica contra el ruido electromagnético llamada cancelación. Cuando se aplica corriente eléctrica a un cable, se genera un campo electromagnético alrededor del cable. Si este campo es lo suficientemente fuerte, puede crear interferencias eléctricas en los cables que se encuentran justo al lado, corrompiendo los datos que se transmiten allí. Este problema se llama diafonía.

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Lo que hace la cancelación es transmitir la misma señal dos veces, con la segunda señal “reflejada” (polaridad invertida) en comparación con la primera, como se puede ver en la Figura 1. Así, al recibir las dos señales, el dispositivo receptor puede comparar las dos. señales, que deben ser iguales pero “reflejadas”. La diferencia entre las dos señales es el ruido, lo que hace que sea muy sencillo para el dispositivo receptor saber qué es ruido y descartarlo. Estándares de cable “+TD” para “Transmitir datos” y estándares de cable “+RD” para “Recibir datos”. “-TD” y “-RD” son las versiones “reflejadas” de la misma señal que se transmite en “+TD” y “+RD”, respectivamente.

En el estándar 10BaseT, cada bit que la computadora quiere transmitir está codificado físicamente en un único bit de transmisión, es decir, para un grupo de ocho bits que se transmite, se generarán ocho señales en el cable. Su velocidad de transferencia de 10 Mbps significa que su reloj es de 10 MHz, pero solo porque en cada ciclo de reloj se transmite un solo bit. En otros estándares esto es diferente.

100BaseT utiliza un esquema de codificación llamado 8B/10B, donde cada grupo de ocho bits se codifica en una señal de 10 bits. Entonces, a diferencia de 10BaseT, cada bit no representa directamente una señal en el cable. Si hace los cálculos correctos, con una velocidad de transferencia de datos de 100 Mbps, la velocidad de reloj de 100BaseT es de 125 MHz (10/8 x 100). Por lo tanto, los cables Cat 5 están certificados para tener una velocidad de transmisión de hasta 125 MHz.

Lo que hace Gigabit Ethernet es cambiar la codificación. En lugar de codificar cada bit en una sola señal como 10BaseT o codificar cada grupo de 8 bits en una señal de 10 bits, codifica dos bits por señal. Entonces, una señal a través de un cable Gigabit Ethernet representa dos bits, en lugar de un solo bit. En otras palabras, en lugar de usar simplemente dos voltajes en una señal que representa simplemente “0” o “1”, utiliza cuatro voltajes diferentes, que representan “00”, “01”, “10” y “11”. Además, en lugar de Al utilizar solo cuatro hilos del cable, Gigabit Ethernet utiliza todos los cables.

Además de esto, todos los pares se utilizan de forma bidireccional. Como hemos visto anteriormente, tanto 10BaseT como 100BaseT utilizan pares diferentes para transmisión y recepción; en 1000BaseT, como también se denomina cableado Gigabit Ethernet, se utilizan los mismos pares tanto para la transmisión como para la recepción de datos.

La belleza de Gigabit Ethernet es que todavía utiliza la velocidad de reloj 100BaseT/Cat 5 de 125 MHz, pero como se transmiten más datos por vez, la velocidad de transferencia es mayor. La matemática es bastante simple: 125 MHz x 2 bits por señal (es decir, por par de cables) x 4 señales por tiempo = 1.000 Mbps.

Esta técnica de modulación se llama 4D-PAM5 y en realidad utiliza cinco voltajes (el quinto voltaje se utiliza para su mecanismo de corrección de errores).

Por tanto, es un error decir que Gigabit Ethernet funciona a 1.000 MHz. No es así. Funciona a 125 MHz al igual que Fast Ethernet (100BaseT), pero alcanza los 1.000 Mbps porque transmite dos bits por vez y utiliza los cuatro pares del cable.

En la siguiente tabla puede comprobar la distribución de pines del cableado Gigabit Ethernet. "BI" significa bidireccional, mientras que DA, DB, DC y DD significan "Datos A", "Datos B", "Datos C" y "Datos D", respectivamente.

Hoy en día, varias placas base vienen con un puerto Gigabit Ethernet integrado. Algunas placas base de muy alta gama pueden incluso proporcionar dos puertos Gigabit Ethernet. Sin embargo, dependiendo de la arquitectura de la placa base, es posible que Gigabit Ethernet no alcance su velocidad de transferencia de 1.000 Mbps.

El problema es cómo se conecta el chip Gigabit Ethernet al sistema. Si está conectado al bus PCI estándar, probablemente no alcanzará su máxima velocidad. El bus PCI funciona con una velocidad de transferencia máxima de 133 MB/s, mientras que Gigabit Ethernet funciona hasta 125 MB/s (1.000 Mbps / 8 = 125 MB/s).

Con solo observar estos dos números se podría decir que Gigabit Ethernet “se adapta” al bus PCI, pero el problema es que el bus PCI se comparte con varios otros componentes de su sistema, lo que reduce el ancho de banda disponible. Entonces, aunque en teoría Gigabit Ethernet puede funcionar bien en el bus PCI, está demasiado cerca del límite de ancho de banda del bus.

PCI Express, por otro lado, tiene una velocidad de transferencia máxima de hasta 250 MB/s y es una conexión punto a punto, lo que significa que no comparte este ancho de banda de 250 MB/s con ningún otro dispositivo, por lo que permitiendo que Gigabit Ethernet alcance su máxima velocidad.

¿Cómo se puede saber a qué bus está conectado el chip Gigabit Ethernet? Hay tres formas básicas. La forma más sencilla es comprobar si su placa base está basada en el bus PCI Express. Si no es así, el chip Gigabit Ethernet sólo se puede conectar al bus PCI estándar.

La segunda forma es consultar el manual de la placa base o la página de especificaciones de la placa base en el sitio web del fabricante y buscar esta información allí. Por lo general, en la página principal de especificaciones, está escrito “PCI” o “PCI Express” además del nombre del controlador Gigabit Ethernet, lo que indica qué bus se utiliza.

La tercera forma es ir al sitio web del fabricante del controlador Gigabit Ethernet (VIA, Marvell, 3Com, etc.) y buscar las especificaciones principales del modelo utilizado en su placa base. Allí se debe discriminar el tipo de bus. Para darle un ejemplo real, echemos un vistazo a los chips Gigabit Ethernet utilizados en la Figura 2. Uno es un Marvell 88E8001, que es PCI, y el otro es un Marvell 88E8053, que es PCI-Express. Esta información se encuentra en la página de especificaciones de la placa base en el sitio web del fabricante.

Aunque el estándar original de Gigabit Ethernet se desarrolló para utilizar cables Cat 5 estándar, varias empresas recomiendan el uso de cables Cat 5e en redes Gigabit Ethernet por problemas de rendimiento. Los cables Cat 5e tienen la misma velocidad de transferencia máxima que los cables Cat 5, pero tienen mejores especificaciones de diafonía y pérdida de retorno, es decir, son menos susceptibles al ruido.

Un servidor de medios puede ofrecer hasta más de cinco transmisiones 4K a través de Gigabit Ethernet. Gigabit también permite que sus computadoras tengan múltiples conexiones entre sí sin que nada se ralentice. Dicho esto, si alguna vez desea crear un servidor de transmisión, su mejor opción es Gigabit Ethernet en lugar de Ethernet clásico.

Sí, una conexión ethernet siempre será más rápida que tu WiFi. La razón es sencilla. A través de un cable Ethernet, la velocidad no se pierde tanto como a través de ondas de radio inalámbricas. Una conexión por cable Ethernet cableada es más segura y estable que Wi-Fi. Si no nos crees, pruébalo tú mismo. Apague su WiFi y conecte el cable a su computadora portátil. A continuación, intente descargar algo y observe cómo su velocidad aumenta considerablemente.

Este es un error común, pero no necesitas WiFi ni un tipo específico de conexión a Internet para que una VPN funcione. Sólo necesitas una conexión a Internet, independientemente de tus medios. Dicho esto, le recomendamos encarecidamente que intente utilizar una VPN a través de un cable Ethernet en lugar de WiFi sólo para ver un aumento significativo en la velocidad.

Suponiendo que su conexión a Internet sea estable en primer lugar, conectar su cable Ethernet en lugar de conectarse a una red WiFi podría resolver el problema, aunque no podemos garantizarlo al 100%. Claro, una conexión por cable es mucho más estable, pero si la conexión a Internet en sí es el problema, es decir, el tráfico que se enruta desde su ISP es la fuente del retraso, entonces conectarse a través de un cable no resolverá mucho.