Redes Ethernet, o que são e quais as suas variantes?

Redes Ethernet, esta tecnologia foi inventada em 1973 por Bob Metcalfe e David Boggs, da Xerox, tendo sido posteriormente normalizada pelo IEEE (norma IEEE 802.3) e pela ISO (ISO 8802-3). Trata-se de uma tecnologia inicialmente desenvolvida para redes locais, que hoje em dia, estendeu o seu âmbito a outras áreas e colhe uma aceitação quase universal.

Esta é a tecnologia de rede mais utilizado no mundo, sendo que uma grande parte do tráfego da Internet tem origem e/ou destino em redes Ethernet. A enorme divulgação desta tecnologia levou a um custo extremamente baixo e a uma grande maturidade, que se tornaram, por sua vez, no principal factor para a manutenção do domínio do mercado.

redes ethernet

Redes Ethernet

A tecnologia das redes Ethernet original utilizava a técnica CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) para controlo acesso ao meio físico. Tendo sido inicialmente desenvolvida para redes com topologia em bus físico utilizando cabo coaxial, esta tecnologia foi sofrendo uma grande evolução suportando uma grande variedade de meios físicos.

A topologia deixou de ser um bus físico, para passar a ser um bus lógico, normalmente correspondendo a uma topologia física em estrela ou árvore. Em algumas variantes a débitos mais elevados, o mecanismo CSMA/CD deixou de ser utilizado, já que sendo tecnologias full-duplex, que não utilizam meio partilhado não estão sujeitas a colisões.

A evolução desta tecnologia levou ao suporte de diferentes meios físicos e diferentes velocidades, o que se traduziu no aparecimento de diversas variantes de redes Ethernet, genericamente designadas por x-Base-y, em que x é um número que identifica o débito binário em Mbps, Base significa que a transmissão é feita em banda de base (não é usada modulação de qualquer portadora) e y, que é um número ou letras que identificam o tipo de meio físico utilizado.

Variantes de Redes Ethernet

Ethernet (10 Mbps)

As especificações iniciais das Redes Ethernet estabeleciam um débito binário de 10 Mbps e a utilização de cabo coaxial e conectores de custo relativamente elevado. A esta variante designada 10-Base-5, sucederam-se outras, nomeadamente a 10-Base-2 (para cabo coaxial) de baixo custo com topologia em bus físico, 10-Base-T (para utilização de um meio físico em par entrançado) e 10-Base-FL/10-Base-FB (para fibra óptica).

As variantes 10-Base-T e 10-Base-FL/10-Base-FB são utilizadas em redes de cablagem estruturada, com topologias físicas em estrela ou árvore, baseando-se na utilização de comutadores (switches) para a ligação de servidores e concentradores (hubs).

Em 1990, o desenvolvimento da variante 10-Base-T, está na base do enorme crescimento da utilização das redes Ethernet. A possibilidade de utilizar cabos de cobre em instalações estruturadas, foi um factor decisivo para o triunfo desta tecnologia face às tecnologias de rede local concorrentes.

O desenvolvimento das variantes de fibra óptica, foram também essenciais, dada a necessidade de vencer distâncias cada vez maiores.

Fast Ethernet (100 Mbps)

A necessidade crescente de largura de banda levou ao desenvolvimento da tecnologia de redes Ethernet a 100 Mbps, normalmente designada Fast Ethernet, especificada na norma IEEE 802.3u.

De modo a possibilitar débitos de 100 Mbps, as especificações iniciais sofreram alterações em termos de tamanho máximo dos segmentos e da rede, bem como alterações de codificação.

A tecnologia Fast Ethernet apresenta algumas vantagens, das quais se destacam o baixo custo, débito superior ao débito da Ethernet, a capacidade de auto-negociação do débito a utilizar (10 ou 100 Mbps) e o funcionamento em full-duplex.

As soluções comutadas (desenvolvidas a par da Fast Ethernet) constituíram uma revolução da tecnologia das redes Ethernet, possibilitando que cada estação ligada a um porto de um switch passasse a dispor de toda a largura de banda.

Conjugadas com o funcionamento em full-duplex, as soluções comutadas eliminam o problema das colisões e da sua detecção em tempo útil.

Gigabit Ethernet (1 Gbps)

O trabalho de desenvolvimento de especificações para Ethernet a 1 Gbps decorreu entre 1996 e 1999. As características essenciais das especificações desenvolvidas são:

  • Compatibilidade com as tecnologias Ethernet a 10 e a 100 Mbps, em termos do formato do quadro;
  • Funcionamento em half-duplex e full-duplex a 1 Gbps;
  • Manutenção do método de acesso CSMA/CD com o mínimo de alterações, suportando um router por domínio de colisão.

O modo de transmissão em full-duplex é suportado com comutadores nas variantes 1000-Base-CX, 1000-Base-SX e 1000-Base-LX. A variante 1000-ase-T utiliza quatro pares de cobre em cada sentido (transmitindo a 250 Mbps em cada par).

A variante 1000-Base-SX é orientada para a construção de ligações de baixo custo no subsistema de cablagem horizontal ou em backbones curtos. A variante 1000-Base-LX permite ultrapassar as limitações de distância da variante 1000-Base-SX, tendo em vista a constituição de backbones de edifício ou de campus relativamente extensos.

10-Gigabit Ethernet (10 Gbps)

As especificações para redes Ethernet a 10 Gbps foram desenvolvidas em 2002 pelo IEEE, sendo possíveis troços com comprimento até 40 Km em fibra monomodo. Tradando-se de uma tecnologia que funciona apenas em meio óptico e que pode ser utilizada para vencer grandes distâncias, considerou-se de grande importância o funcionamento com a tecnologia SONET/SDH.

Funcionando apenas em modo full-duplex e em meio dedicado, a tecnologia 10-Gigabit Ethernet não necessita do mecanismo CSMA/CD, mantendo no entanto a compatibilidade com as restantes normas da família IEEE 802.3, ao nível do formato das unidades protocolares de dados.

Quando aplicada em redes locais ou redes de campus, a tecnologia 10-Gigabit Ethernet pode ser utilizada para interligação de equipamentos em ata centers, para interligação de edifícios, de switches ou ainda para interligação de servidores e/ou workstations de grande capacidade.

100-Gigabit Ethernet (100 Gbps)

As necessidades de largura de banda, quer no que diz respeito a operadores quer a redes periféricas continuam a crescer. O suporte de todo o tipo de serviços sobre IP em levado a que, quer os operadores quer utilizadores adquiram e instalem equipamentos com mais capacidade de comutação e transporte.

As características mais marcantes da tecnologia 100-Gigabit Ethernet são as seguintes:

  • Compatibilidade com as variantes de redes Ethernet anteriores, no que toca ao formato e tamanhos mínimos e máximos das unidades protocolares de dados;
  • Apenas funciona em full-duplex;Taxa de erros (bit error rate, BER) melhor ou igual 10-12;
  • Níveis físicos para fibras monomodo (distâncias até 40 Km), fibras monomodo (distâncias até 100 m) e cabo de cobre (distâncias até 10 m);
  • Suporte para OTN;
  • Custo 4 a 5 vezes superior ao da 10-Gigabit Ethernet.

Bibliografia:
BOAVIDA, Fernando; BERNARDES, Mário; VAPI, Pedro. Administração de Redes Imformáticas. Lisboa: FCA, 2009.

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