Autonegociación

La autonegociación es un mecanismo y procedimiento de señalización utilizado por Ethernet sobre par trenzado mediante el cual dos dispositivos conectados eligen parámetros de transmisión comunes, como la velocidad, el modo dúplex y el control de flujo . En este proceso, los dispositivos conectados primero comparten sus capacidades con respecto a estos parámetros y luego eligen el modo de transmisión de mayor rendimiento que ambos admiten.

La autonegociación para par trenzado se define en la cláusula 28 de IEEE 802.3. ^{[ 1 ]} y originalmente era un componente opcional en el estándar Fast Ethernet . ^{[ 2 ]} Es retrocompatible con los pulsos de enlace normales ( NLP ) utilizados por 10BASE-T . ^{[ 3 ]} El protocolo se amplió significativamente en el estándar Gigabit Ethernet y es obligatorio para Gigabit Ethernet 1000BASE-T sobre par trenzado. ^{[ 4 ]}

En el modelo OSI , la autonegociación reside en la capa física .

En 1995, se publicó el estándar Fast Ethernet . Dado que introdujo una nueva opción de velocidad para los mismos cables, incluyó un medio para que los adaptadores de red conectados negociaran el mejor modo de operación compartido posible. El protocolo de autonegociación incluido en la cláusula 28 de IEEE 802.3 se desarrolló a partir de una tecnología patentada por National Semiconductor conocida como NWay . La empresa ofreció una carta de garantía para que cualquier persona pudiera usar su sistema por una tarifa de licencia única. ^{[ 5 ]} Desde entonces, otra empresa ha comprado los derechos de esa patente. ^{[ 6 ] [ a ]}

La primera versión de la especificación de autonegociación, en el estándar IEEE 802.3u Fast Ethernet de 1995 , fue implementada de manera diferente por distintos fabricantes, lo que generó problemas de interoperabilidad . Estos problemas llevaron a muchos administradores de red a configurar manualmente la velocidad y el modo dúplex de cada interfaz de red. Sin embargo, el uso de configuraciones manuales puede provocar desajustes de dúplex . Estos pueden ser difíciles de diagnosticar porque la red funciona nominalmente. Las utilidades de prueba de red simples, como ping, pueden informar una conexión válida. Sin embargo, el rendimiento de la red se verá afectado significativamente por las interrupciones de transmisión y las consiguientes pérdidas de tramas Ethernet que resultan de un desajuste de dúplex. Cuando se produce un desajuste de dúplex, el lado de la conexión que utiliza semidúplex informará de colisiones tardías, mientras que el lado que utiliza dúplex completo informará de errores FCS .

La especificación de autonegociación se mejoró en la versión de 1998 de IEEE 802.3. Posteriormente, en 1999, se publicó el estándar IEEE 802.3ab Gigabit Ethernet , que especificaba la autonegociación obligatoria para 1000BASE-T . La autonegociación también es obligatoria para las implementaciones de 1000BASE-TX y 10GBASE-T . Actualmente, la mayoría de los fabricantes de equipos de red recomiendan usar la autonegociación en todos los puertos de acceso y habilitarla como configuración predeterminada de fábrica. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}

La autonegociación puede ser utilizada por dispositivos que sean capaces de más de una velocidad de transmisión, diferentes modos dúplex (semidúplex y dúplex completo) y diferentes estándares de transmisión a la misma velocidad (aunque en la práctica solo se admite ampliamente un estándar a cada velocidad).

Durante la autonegociación, cada dispositivo declara sus capacidades tecnológicas , es decir, sus posibles modos de funcionamiento. Se elige el mejor modo común, priorizando la velocidad más alta sobre la más baja, y el modo dúplex completo sobre el modo semidúplex a la misma velocidad.

La detección paralela se utiliza cuando un dispositivo con capacidad de autonegociación se conecta a otro que no la tiene. Esto ocurre si un dispositivo no admite la autonegociación o si esta está desactivada. En esta situación, el dispositivo con capacidad de autonegociación puede determinar y sincronizar su velocidad con la del otro dispositivo. Este procedimiento no permite determinar la capacidad dúplex, por lo que siempre se asume la comunicación semidúplex.

Además de la velocidad y el modo dúplex, la autonegociación se utiliza para comunicar los parámetros maestro-esclavo para Gigabit Ethernet . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

Al recibir las capacidades tecnológicas del otro dispositivo, ambos dispositivos deciden el mejor modo de operación posible compatible con ambos. Entre los modos compatibles con ambos dispositivos, cada uno elige el de mayor prioridad. La prioridad entre los modos es la siguiente: ^{[ 12 ] [ 13 ]}

1. 40GBASE-T dúplex completo
2. 25GBASE-T dúplex completo
3. 10GBASE-T dúplex completo
4. 5GBASE-T dúplex completo
5. 2.5GBASE-T dúplex completo
6. 1000BASE-T dúplex completo
7. 1000BASE-T semidúplex
8. 100BASE-T2 dúplex completo
9. 100BASE-TX dúplex completo
10. 100BASE-T2 semidúplex
11. 100BASE-T4 semidúplex
12. 100BASE-TX semidúplex
13. dúplex completo 10BASE-T
14. 10BASE-T semidúplex

La autonegociación se basa en pulsos similares a los que utilizan los dispositivos 10BASE-T para detectar la presencia de una conexión con otro dispositivo. Estos pulsos de prueba de integridad de enlace (LIT) son enviados por los dispositivos Ethernet cuando no envían ni reciben tramas. Son pulsos eléctricos unipolares positivos de una duración nominal de100  ns , con un ancho de pulso máximo de200  ns , ^{[ 14 ]} generado en unIntervalo de tiempo de 16  ms con una tolerancia de variación de tiempo de8  ms . Un dispositivo detecta el fallo de un enlace si no se recibe ni una trama ni dos de los pulsos LIT durante 50-150  ms. ^{[ 15 ] : §14.2.1.7} Para que este esquema funcione, los dispositivos deben enviar pulsos LIT independientemente de si reciben alguno. En la especificación de autonegociación, estos pulsos se denominan pulsos de enlace normales (NLP).

Los PNL utilizados por la autonegociación siguen siendo unipolares, solo positivos y con una duración nominal de100  ns ; pero cada LIT es reemplazado por una ráfaga de pulsos que consta de 17 a 33 pulsos enviadosSeparados por 125  μs . Cada ráfaga de pulsos se denomina ráfaga de pulsos de enlace rápido (FLP). El intervalo de tiempo entre el inicio de cada ráfaga FLP es el mismo.16  ms entre PNL.

La ráfaga FLP consta de 17 NLP en unIntervalo de tiempo de 125  μs con una tolerancia de14  μs . Entre cada par de dos NLP consecutivos (es decir, enTras 62,5  μs del primer pulso negativo del par de pulsos, puede aparecer un pulso positivo adicional. La presencia de este pulso adicional indica un 1 lógico, y su ausencia, un 0 lógico. Por consiguiente, cada pulso de primer orden (FLP) contiene una palabra de datos de 16 bits. Esta palabra de datos se denomina palabra de código de enlace (LCW). Los bits de la LCW están numerados del 0 al 15, donde el bit 0 corresponde al primer pulso posible en el tiempo y el bit 15 al último.

Cada ráfaga de pulsos de enlace rápido transmite 16 bits de datos conocidos como palabra de código de enlace. La primera de estas palabras se conoce como palabra de código de enlace base , y sus bits se utilizan de la siguiente manera:

• 0–4: campo selector : indica qué estándar se utiliza entre IEEE 802.3 e IEEE 802.9. 
• 5–12: campo de capacidad tecnológica : una secuencia de bits que codifica los posibles modos de operación entre los modos 100BASE-T y 10BASE-T (ver más abajo). 
• 13: Fallo remoto : se establece en uno cuando el dispositivo detecta un fallo de enlace. 
• 14: acuse de recibo : el dispositivo establece este bit en uno para indicar la correcta recepción de la palabra clave de enlace base de la otra parte; esto se detecta al recibir al menos tres palabras clave base idénticas. Al recibir estas tres copias idénticas, el dispositivo envía una palabra clave de enlace con el bit de acuse de recibo establecido en uno entre seis y ocho veces. 
• 15: página siguiente : se utiliza para indicar la intención de enviar otras palabras clave de enlace después de la palabra clave de enlace base. 

El campo de capacidad tecnológica se compone de ocho bits. Para IEEE 802.3, estos son los siguientes:

• bit 0: el dispositivo admite 10BASE-T
• bit 1: el dispositivo admite 10BASE-T en modo dúplex completo
• bit 2: el dispositivo admite 100BASE-TX
• bit 3: el dispositivo admite 100BASE-TX en modo dúplex completo.
• bit 4: el dispositivo admite 100BASE-T4
• bit 5: el dispositivo admite fotogramas de pausa
• bit 6: el dispositivo admite pausa asimétrica para dúplex completo
• bit 7: reservado

Las palabras clave de enlace también se denominan páginas . Por lo tanto, la palabra clave de enlace base se llama página base. El bit de página siguiente de la página base es 1 cuando el dispositivo tiene la intención de enviar otras páginas, que pueden usarse para comunicar otras capacidades. Estas páginas adicionales se envían solo si ambos dispositivos han enviado páginas base con el bit de página siguiente establecido en 1. Las páginas adicionales se siguen codificando como palabras clave de enlace (usando 17 pulsos de reloj y hasta 16 pulsos de bits).

La página base es suficiente para que los dispositivos anuncien cuáles de los modos 10BASE-T, 100BASE-TX y 100BASE-T4 admiten. Para Gigabit Ethernet, se requieren dos páginas adicionales. Estas páginas se envían si ambos dispositivos han enviado páginas base con el bit de página siguiente activado (establecido en uno).

Las páginas adicionales son de dos tipos: páginas de mensaje y páginas sin formato . Estas páginas siguen siendo palabras de 16 bits codificadas como pulsos de la misma manera que la página base. Sus primeros once bits son datos, mientras que su penúltimo bit indica si la página es una página de mensaje o una página sin formato. El último bit de cada página indica la presencia de una página adicional. ^{[ 16 ]}

Los modos compatibles con 1000BASE-T y los datos maestro-esclavo (que se utilizan para decidir cuál de los dos dispositivos actúa como maestro y cuál como esclavo) se envían mediante una única página de mensaje, seguida de una única página sin formato. La página de mensaje contiene:

• capacidad semidúplex
• ya sea que el dispositivo sea de un solo puerto o de múltiples puertos.
• si la configuración maestro/esclavo se realiza manualmente o no.
• ya sea que el dispositivo esté configurado manualmente como maestro o esclavo

La página sin formato contiene una palabra de 10 bits, denominada valor semilla maestro-esclavo.

Se produce una discrepancia en el modo dúplex cuando dos dispositivos conectados están configurados en modos dúplex diferentes. Esto puede ocurrir, por ejemplo, si uno está configurado para la autonegociación, mientras que el otro tiene un modo de funcionamiento fijo de dúplex completo (sin autonegociación). En estas condiciones, el dispositivo de autonegociación detecta correctamente la velocidad de funcionamiento, pero no puede detectar correctamente el modo dúplex. Como resultado, establece la velocidad correcta, pero asume el modo semidúplex.

Cuando un dispositivo opera en modo dúplex completo mientras que el otro opera en modo semidúplex, la conexión funciona de forma fiable solo a un rendimiento muy bajo. Un dispositivo dúplex completo puede transmitir datos mientras recibe. Sin embargo, si el dispositivo semidúplex recibe datos mientras los envía, detecta una colisión , aborta la transmisión e intenta reenviar la trama. El dispositivo dúplex completo informará de errores de secuencia de comprobación de trama (FCS) en las transmisiones abortadas. Dependiendo de la sincronización, el dispositivo semidúplex puede detectar una colisión tardía , que interpretará como un error grave en lugar de una consecuencia normal de CSMA/CD, y puede que no intente reenviar la trama. El dispositivo dúplex completo no detecta ninguna colisión y asume que la trama se recibió sin errores. Esta combinación de colisiones (tardías) notificadas en el extremo semidúplex y errores FCS notificados por el extremo dúplex completo son indicadores de que existe una discrepancia de dúplex.

La autonegociación está cubierta por las patentes estadounidenses US patent 5,617,418 , US patent 5,687,174 , E US patent RE39,405 E , E US patent RE39,116 E , US application 971018 (presentada el 2 de noviembre de 1992) , US application 146729 (presentada el 1 de noviembre de 1993) , US application 430143 (presentada el 26 de abril de 1995) ; ^{[ 6 ] : 6} solicitudes de patente europeas SN 93308568.0 (DE, FR, GB, IT, NL); patente coreana n.° 286791; patente taiwanesa n.° 098359; patente japonesa n.° 3705610; patente japonesa 4234. Solicitudes SN H5-274147; Solicitudes de patente coreanas SN 22995/93; Solicitudes de patente taiwanesas SN 83104531. ^{[ a ]}   

Debido a su naturaleza, Ethernet de par único tiene su propia variante opcional de Autonegociación. Utiliza páginas de codificación Manchester diferencial (DME) para negociar capacidades de forma semidúplex. Se utilizan dos velocidades de señalización diferentes: 10/5/2.5GBASE-T1, 1000BASE-T1, 100BASE-T1 y 10BASE-T1S admiten el modo de alta velocidad (HSM) a 16,667  Mbit/s y opcionalmente el modo de baja velocidad (LSM) a 625  kbit/s, mientras que 10BASE-T1L admite LSM y opcionalmente HSM. ^{[ 17 ]}

La prioridad de selección para los modos negociados es: ^{[ 18 ]}

1. 10GBASE-T1
2. 5GBASE-T1
3. 2.5GBASE-T1
4. 1000BASE-T1
5. 100BASE-T1
6. dúplex completo 10BASE-T1S
7. 10BASE-T1S semidúplex
8. 10BASE-T1L

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