Gigabit Ethernet

Gigabit Ethernet (GbE ou 1 GigE) é o termo que descreve várias tecnologias para transmissão de quadros em uma rede na velocidade de 1 Gigabit por segundo (Gigabit/s), definido no padrão IEEE 802.3-2005. É possível encontrar redes Gigabit Ethernet no mercado usando concentrador (HUB), mas pela norma a rede só pode ser usada através de comutador (switch).

HistóricoEditar

A tecnologia Gigabit Ethernet começou a ser desenvolvida em 1997 pela IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) nos Estados Unidos, e acabou por se ramificar em quatro padrões diferentes. São eles: 1000baseLX, 1000baseSX, 1000baseCX e o 1000baseT.

Os padrões 1000baseLX, 1000baseCX e 1000baseSX são padronizados pelo IEEE 802.3z, já o padrão 1000baseT está padronizado pelo IEEE 802.3ab

CaracterísticasEditar

A tecnologia Gigabit Ethernet é apontada como uma ótima opção para redes de telecomunicação de alta velocidade. A migração das tecnologias Ethernet e Fast Ethernet para a tecnologia Gigabit Ethernet não exige grande investimento, já que as especificações técnicas são mantidas, em especial o quadro ethernet que se mantém em virtude da compatibilidade com as demais tecnologias ethernet.

A rede Gigabit Ethernet suporta transmissões no modo Half-duplex e Full-duplex. No geral, ela é compatível com as suas antecessoras, mas algumas mudanças foram necessárias para se suportar o modo Half-duplex.

A transmissão em Half-DuplexEditar

O controle das transmissões no modo Half-duplex é efetivado pelo CSMA/CD. O princípio do CSMA/CD no Gigabit é o mesmo do Ethernet e Fast Ethernet, permitindo a utilização da tecnologia em redes que utilizam HUBs.

“Outra mudança foi a introdução da rajada de quadros – frame burst. A rajada de quadros é uma característica opcional, através da qual uma estação pode transmitir vários pacotes para o meio físico sem perder o controle. A transmissão em rajada é feita preenchendo-se o espaço entre os quadros com bits, de maneira que o meio físico não fique livre para as outras estações transmitirem.” (apud Beethovem Zanella Dias e Nilton Alves Jr. em: “Evolução do Padrão Ethernet”)....

A transmissão em Full-DuplexEditar

Na transmissão em Full-duplex, a banda aumenta de 1 para 2 Gb/s, aumentam-se as distâncias de alcance e é eliminada a colisão. O controle das transmissões não é feito pelo CSMA/CD, mas pelo controle de fluxo (Flow Control).

O mecanismo Flow Control é acionado quando a estação que está recebendo os dados se congestiona, então ela envia de volta um quadro chamado Pause Frame, que determina a parada de envio de informações durante um intervalo de tempo. A estação que está enviando dados espera o tempo determinado e logo após volta a enviar os dados, ou então a que está recebendo os dados envia um pacote com o time-to-wait igual a zero e as instruções para que o envio seja recomeçado.

As tecnologiasEditar

1000BASE-TEditar

É a tecnologia mais viável, caso a rede possua menos de 100 metros, pois ela utiliza os mesmos cabos par-trançado Categoria do cabo 5 (CAT5) ou 6 que as redes de 100 Mb/s atuais. Além de não necessitar a compra de cabos, não são necessários ajustes maiores para suportar esta tecnologia, e com a utilização de switches compatíveis a essa tecnologia, podem ser combinados nós de 10, 100 e 1000 megabits, sem que os mais lentos atrapalhem no desempenho dos mais rápidos.

Mas também há o problema da resistência dos cabos de par-trançado. Eles são muito frágeis, tendo por vários motivos a perda de desempenho; e como a taxa de transmissão é maior, o índice de pacotes perdidos acaba sendo muito maior que nas redes de 100 megabits.

No Padrão 1000baseT o número de pares de cabos usados difere dos demais utilizados em padrões anteriores, ele utiliza os quatro pares disponíveis no par trançado, por este motivo que ele consegue transmitir a 1000 mbps diferente das demais que utilizam somente dois pares desse cabo.

1000BASE-TXEditar

O padrão 1000BASE-TX (TIA/EIA-854)[1] utiliza cabos CAT6 ou superiores, utilizando apenas dois dos quatro pares do cabo. O objetivo desse padrão é ser de implementação mais simples, mas tem a desvantagem de exigir a troca do cabeamento CAT5/CAT5e antigo. Por esse motivo, o padrão não foi bem aceito pelo mercado,[2] ainda mais quando os adaptadores de rede 1000BASE-T se tornaram mais baratos e disponíveis.

1000BASE-CXEditar

1000baseCX é o padrão inicial para Gigabit Ethernet sobre fio de cobre com alcance de até, no máximo, 25 metros. Nela o cabeamento é feito com cabos STP (Shielded Twisted Pair ou Par Trançado Blindado).

Ainda é usado para aplicações específicas onde o cabeamento não é feito por usuários comuns, por exemplo o IBM BladeCenter usa 1000BASE-CX para conexão ethernet entre os servidores blade e os módulos de comutação.

O preço dos modems e cabos do padrão 1000baseCX são menores, mas menos usuais, devido à curta distância por ele atingida.

1000BASE-SX (Small Extension)Editar

Nesta tecnologia entra o uso de fibras ópticas nas redes, e é recomendada nas redes de até 550 metros. Ela possui a mesma tecnologia utilizada nos CD-ROMs, por isso é mais barata que a tecnologia 1000baseLX, outro padrão que utiliza fibras ópticas.

Ela possui quatro padrões de lasers. Com lasers de 50 mícrons e freqüência de 500 MHz, o padrão mais caro, o sinal é capaz de percorrer os mesmos 550 metros dos padrões mais baratos do 1000BaseLX. O segundo padrão também utiliza lasers de 50 mícrons, mas a freqüência cai para 400 MHz e a distância para apenas 500 metros. Os outros dois padrões utilizam lasers de 62,5 mícrons e freqüências de 200 e 160 MHz, por isso são capazes de atingir apenas 275 e 220 metros, respectivamente.

Pode utilizar fibras do tipo monomodo e multimodo, sendo a mais comum a multimodo (mais barata e de menor alcance).

1000BASE-LX (Large Extension)Editar

Esta é uma tecnologia mais cara, pois atinge as maiores distâncias. Ela é capaz de atingir até 5km utilizando-se fibras ópticas com cabos de 9 mícrons. Para distâncias maiores que 5km, interfaces 1000BASE-EX poderão ser consideradas.

Caso utilize-se nela cabos com núcleo de 50 ou 62,5 mícrons, com freqüências de, respectivamente, 400 e 500 MHz, que são os padrões mais baratos nesta tecnologia, o sinal alcança somente até 550 metros, compensando mais o uso da tecnologia 1000baseSX, que alcança a mesma distância e é mais barata.

Todos os padrões citados acima são compatíveis entre si a partir da camada Data Link do modelo OSI. Abaixo da camada Data Link fica apenas a camada física da rede, que inclui o tipo de cabo e o tipo de modulação usada para transmitir os dados através deles.

A tecnologia 1000baseLX é utilizado com fibra do tipo monomodo, por este motivo que ela pode alcançar uma maior distância em comparação com o padrão 1000baseSX.

PadrõesEditar

O Gigabit Ethernet é padronizado pelo grupo de trabalho da IEEE 802.3z, que desenvolve padrões para que:

  • “Permitam operações Half-Duplex e Full-Duplex em velocidades de 1.000 Mb/s;
  • Utilizem o formato do quadro Ethernet 802.3;
  • Utilizem o método de acesso CSMA/CD com suporte para um repetidor por domínio de colisão;
  • Ofereçam compatibilidade com tecnologias 10Base-T e 100Base-T.

Quanto à distância dos enlaces, foi definido que:

AplicaçõesEditar

A tecnologia pode ser utilizada em todos os tipos de backbones, nos provedores de Internet, em redes corporativas e em redes de usuários que necessitam de grande largura de banda para uso de multimídia e outras aplicações.

Devido a seu preço ser elevado em comparação ao de seus antecessores, essa tecnologia é atualmente somente aplicada em redes grandes, que necessitem de grande quantidade de banda e, é claro, que possam pagar pela migração. Usuários domiciliares nem necessitam de tanta banda assim para a transmissão de dados via rede, sendo na maioria das vezes satisfeita com uma rede de 100 Mbps. O tempo de transmissão será maior, mas nada o que faça valer a pena migrar para a Gigabit.

A tecnologia pode oferecer a solução para o congestionamento dos backbones corporativos e da internet. É dito que eles se tornaram o “gargalo” das redes, pois tem de receber uma grande quantidade de dados de toda a rede nele, e isso cria algo comparável a um funil, onde o liquido jogado nele são os dados transmitidos, e o bico do funil é o backbone, por onde todos os dados têm de passar obrigatoriamente, mas não importa o tamanho do fluxo, há uma quantidade máxima de dados que pode passar por ele. Então, para se aumentar o tamanho desse “gargalo”, o melhor a se fazer é implantar a tecnologia Gigabit ao backbone, se não for de interesse migrar toda a rede a ela.

Vantagens e DesvantagensEditar

VantagensEditar

As principais vantagens do uso da tecnologia Gigabit Ethernet são:

  • A popularidade da tecnologia;
  • O baixo custo para a migração;
  • O aumento em 10 vezes da velocidade e desempenho em relação a seu padrão anterior;
  • A tecnologia é a mais utilizada atualmente, economizando dinheiro e recursos na hora de sua migração;
  • O protocolo não possui nenhuma camada em diferente para ser estudada.

DesvantagensEditar

A principal desvantagem da tecnologia é que ela não possui o QoS (qualidade de serviço) como a sua concorrente, a ATM. O QoS monta um esquema de prioridades, formando uma fila de dados a serem enviados e recebidos, deixando na frente da fila os dados definidos como prioritários. Na Realidade o QoS não e feito por protocolo, mas, sim pelos ativos de rede tais quais: switchs, roteadores, firewalls e etc.

Sem o QoS, a rede não tem como definir o dado a ser enviado como prioritário, o que pode ser prejudicial em certas ocasiões, como em uma videoconferência, onde a qualidade de imagem, movimento e som podem perder desempenho caso a rede esteja sendo usada simultaneamente com outros propósitos.

A Rede 10-Gigabit EthernetEditar

A tecnologia 10 Gigabit Ethernet foi padronizada em 2002 com o IEEE 802.3ae. Dentre suas características básicas, exclui-se o algoritmo CSMA/CD do subnível MAC, uma vez que ela opera apenas ponto a ponto. O seu modo de transmissão é somente Full-Duplex, e o cabeamento a ser utilizado pode ser em fibra óptica – multímodo e monomodo ou com cabeamento UTP Categoria 6a.

Devido à grande distância atingida pelo cabeamento de fibra óptica monomodo – 40 km – ela já está sendo usada em redes metropolitanas.

Uma desvantagem da rede 10 Gigabit Ethernet é que ela pode ser somente ponto-a-ponto, o que significa que ela não possui tecnologia broadcast (difusão), então ela tem usos bastante específicos, como em backbones.

A tecnologia utilizada é a 10GbaseX e o padrão IEEE é o 802.3ae. As tecnologias e produtos para o 10 Gigabit Ethernet são desenvolvidos por uma associação que conta com cerca de 80 membros, a 10GEA (10 Gigabit Ethernet Alliance).

Atualmente a tecnologia já está implantada no projeto Internet2 (o projeto Internet2 é uma iniciativa do governo dos EUA, onde estão sendo montados e interligados vários backbones em todo o mundo. O objetivo da Internet2 é desenvolver e aprimorar tecnologias para a Internet). No backbone Abilene, o principal do projeto a tecnologia já foi implantada.

Ver tambémEditar

Referências

  1. «Cópia arquivada». Consultado em 18 de agosto de 2013. Arquivado do original em 27 de setembro de 2011 
  2. Sanjaya Maniktala. Power Over Ethernet Interoperability Guide. [S.l.]: McGraw Hill Professional. ISBN 9780071798266 

BibliografiaEditar