REDE ETHERNET GIGABIT E 10 GIGABIT

Equipe 3: Ana Flávia; Eliel Henrique; Evandro de Carvalho; Igor Felipe; Thaísa Lorena; Vitor Aurélio.

Redes de Computadores - 2009

Fonte: Redes Guia Prático - Carlos E. Morimoto

CONTEÚDO

1. Rede Gigabit Ethernet2. Rede 10 Gigabit Ethernet3. Hardwares4. Tipos de cabos5. Crimpando os cabos6. Cabeamento Estruturado

Gigabit EthernetHistórico

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.

Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet (GbE ou 1 GigE) é o termo que descreve

várias tecnologias para transmissão de quadros em uma rede a uma velociade de Gibabit por segundo definido no padrão IEEE 802.3-2005. É possível encontrar redes Gigabit Ethernet no mercado usando HUB mas pela norma a rede só pode ser usada através de um Switch

Características 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.

Transmissões A transmissão em Half-Duplex 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

A transmissão em Full-Duplex Na transimssão em Full-duplex, a banda aumenta de 1 para

2 Gbps, aumentam-se às 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).

Tecnologias 1000BASE-T É a tecnologia mais viável, caso a rede possua menos de 100

metros, pois ela utiliza os mesmos cabos par-trançado categoria 5 que as redes de 100 Mbps 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 quatros 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.

Tecnologias 1000BASE-CX 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.

Tecnologias 1000BASE-SX 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).

Tecnologias 1000BASE-LX Esta é a tecnologia mais cara, pois atinge as maiores

distâncias. Se a rede for maior que 550 metros, ela é a única alternativa. Ela é capaz de atingir até 5km utilizando-se fibras ópticas com cabos de 9 mícrons.

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.

Padrões 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 Mbps; 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: Enlace de fibra óptica multímodo com comprimento máximo

de 500 metros; Enlace de fibra óptica monomodo com comprimento máximo

de 3 Km; Enlace baseado em cobre (exemplo: cabo coaxial) com

comprimento máximo de 25m”

Aplicação 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 Desvantagens Vantagens 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. Desvantagens 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 nao 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.

Como funciona o Gigabit Ethernet O Gigabit Ethernet permite transferências de rede de até

1.000 Mbps usando cabo UTP (par trançado) padrão Cat 5. Mas como isso é possível, já que cabos Cat 5 podem trabalhar apenas a 100 Mbps?

Cabos Ethernet Cat 5 possuem oito fios (quatro pares), mas tanto no padrão 10BaseT quanto no 100BaseT (10 Mbps e 100 Mbps, respectivamente) apenas quatro desses fios (dois pares) são realmente utilizados. Um par é usado para transmissão dos dados e o outro par é usado para recepção dos dados.

O padrão Ethernet usa uma técnica contra ruído eletromagnético chamada cancelamento. Assim que a corrente elétrica passa por um fio, um campo eletromagnético é criado ao seu redor. Se este campo for forte o suficiente, ele pode criar uma interferência elétrica nos fios próximos a ele, corrompendo os dados que estavam sendo lá transmitidos. Este problema é chamado diafonia (crosstalk).

Desempenho Atualmente várias placas-mãe vêm com uma porta Gigabit

Ethernet on-board. Algumas placas-mãe topo de linha vêm inclusive com duas portas Gigabit Ethernet. Dependendo da arquitetura da placa-mãe, no entanto, o Gigabit Ethernet pode não alcançar sua taxa de transferência de 1.000 Mbps.

Duas portas e chips Gigabit Ethernet na placa DFI LanParty 925X-T2.

Desempenho O problema é como o chip Gigabit Ethernet é conectado ao

sistema. Se ele for conectado ao barramento PCI, provavelmente não alcançará sua velocidade máxima. O barramento PCI trabalha com uma taxa de transferência máxima de 133 MB/s, enquanto que o Gigabit Ethernet trabalha a no máximo 125 MB/s (1.000 Mbps / 8 = 125 MB/s). Apenas observando esses dois números você pode dizer que o Gigabit Ethernet “cabe” no barramento PCI, mas o problema é que o barramento PCI é compartilhado com vários outros componentes do seu computador, o que faz com que a taxa de transferência de 133 MB/s seja compartilhada por esses dispositivos. Por isso, apesar de em teoria o Gigabit Ethernet poder trabalhar no barramento PCI, ele está perto demais do limite máximo teórico do barramento PCI.

O PCI Express, por outro lado, possui uma taxa de transferência máxima de até 250 MB/s e é uma conexão ponto-a-ponto, o que significa que ele não compartilha sua taxa de transferência de 250 MB/s com nenhum outro dispositivo, permitindo o Gigabit Ethernet alcançar sua velocidade máxima.

Desempenho Como saber qual dos barramentos o Gigabit Ethernet está

conectado? Existem basicamente três maneiras. O modo mais fácil é ver se a sua placa-mãe é baseada no barramento PCI Express. Se ela não for, o chip Gigabit Ethernet só pode estar conectado ao barramento PCI padrão.

A segunda maneira é olhar no manual da placa-mãe ou no site do fabricante e verificar esta informação. Geralmente na página das especificações está escrito “PCI” ou “PCI Express” ao lado do nome do controlador Gigabit Ethernet usado pela placa, dizendo qual é o barramento que ele está conectado.

A terceira maneira é ir ao site do fabricante do controlador Gigabit Ethernet (VIA, Marvell, 3Com, etc) e procurar as especificações técnicas do modelo usado em sua placa-mãe. O tipo do barramento que ele é conectado deve estar discriminado lá.

Desempenho Apesar de o padrão Gigabit Ethernet original ter sido

desenvolvido para usar cabos Cat 5, várias empresas recomendam cabos Cat 5e para ser usados em redes Gigabit Ethernet por questões de desempenho. Cabos Cat 5e possuem a mesma taxa de transferência dos cabos Cat 5, mas são menos suscetíveis a ruídos.

Um dos chips Gigabit Ethernet usado na DFI LanParty 925X-T2 (Marvell 88E8001).

10 Gigabit Ethernet O padrão de Ethernet 10 Gigabit ou 10GbE ou 10 GigE

foi publicado primeiramente em 2002 como IEEE Std 802.3ae-2002 e é o mais rápido padrão de Ethernet em uso. Este define uma versão da Ethernet com uma taxa de transferência de dados de 10 Gbit/s, dez vezes mais rápido que a Ethernet Gigabit.

Através dos anos os seguintes padrões 802.3, referentes a 10GbE têm sido publicados: 802.3ae-2002 (fibra -SR, -LR, -ER e -LX4 PMDs), 802.3ak-2004 (-CX4 cobre twin-ax tipo Infiniband), 802.3an-2006 (10GBASE-T cobre par trançado), 802.3ap-2007 (cobre backplane - KR a -KX4 PMDs) e 802.3aq-2006 (fibra -LRM PMD com equalisação melhorada).

As propostas 802.3ae-2002 e 802.3ak-2004 têm se consolidado como no padrão IEEE 802.3-2005. A outra propostas será consolidada no padrão IEEE 802.3-2008 o qual ainda não foi publicado.

10 Gigabit Ethernet A Ethernet 10 Gigabit está sendo implementada rapidamente

em LAN's (Local Area Network), MAN's (Metropolitan Area Network) e WAN's (Wide Area Network) devido ao seu grande potencial de transmissão de dados e seu longo alcançe sem necessidade de repetidores (na casa de 40 quilômetros). A IEEE cogita futuros padrões de 40, 80 e 100 Gbps.

É importante lembrar que o aumento da velocidade leva à reduzida duração do tempo de bit. Para se ter uma idéia, em transmissões 10 GbE, a duração de cada bit, ou seja, o tempo de envio entre dois bits consecutivos, é 0,1 nanossegundo. Em outras palavras, podemos ter 1.000 bits de dados na GbE, no mesmo intervalo de um só bit na 10 Mbps Ethernet.

A Ethernet 10 Gigabit suporta apenas conexões full duplex os quais podem ser conectados com switches. Operações half duplex e CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detect) não são suportadas em 10GbE.

Hardware

Placa Gigabit Ethernet em versão PCI Express Placa 10GBASE-SR em versão PCI-X

Hardware

Placa PCI-Express x8 e detalhes do conector

Hardware

O switch é simplesmente o coração da rede. Ele serve como um ponto central, permitindo que todos os pontos se comuniquem entre si. Todas as placas de rede são ligadas ao switch e é possível ligar vários switches entre si (até um máximo de 7). Os switches são aparelhos muito inteligentes. Eles fecham canais exclusivos de comunicação entre o micro que está enviando dados e o que está recebendo, permitindo que vários pares de micros troquem dados entre si ao mesmo tempo. Isso melhora bastante a velocidade em redes congestionadas, com muitos micros. Outra vantagem dos switches é que eles permitem o uso do modo full-duplex, onde é possível enviar e receber dados simultaneamente. Isso permite que os micros disponham de 100 ou 1000 megabits em cada sentido, agilizando as transmissões.

TIPOS DE CABOS

UTP

Existem cabos de cat 1 até cat 7. Como os cabos cat 5 são suficientes tanto para redes de 100 quanto de 1000 megabits, eles são os mais comuns e mais baratos, mas os cabos cat 6 e cat 6a estão se popularizando e devem substituí-los ao longo dos próximos anos. Os cabos são vendidos originalmente em caixas de 300 metros, ou 1000 pés (que equivale a 304.8 metros). Os cabos de par trançados são compostos por 4 pares de fios de cobre que, como o nome sugere, são trançados entre si.

Este sistema cria uma barreira eletromagnética, protegendo as transmissões de interferências externas, sem a necessidade de usar uma camada de blindagem. Este sistema sutil de proteção contrasta com a "força bruta" usada nos cabos coaxiais, onde o condutor central é protegido de interferências externas por uma malha metálica.

UTP – CAT 5UTP – CAT 6

TIPOS DE CABOS

FTP (Foiled Twisted Pair)

Os cabos FTP são os que utilizam a blindagem mais simples. Neles, uma fina folha de aço ou de liga de alumínio envolve todos os pares do cabo, protegendo-os contra interferências externas, mas sem fazer nada com relação ao crosstalk, ou seja, a interferência entre os pares de cabos.

STP (Shielded Twisted Pair)

Os cabos STP vão um pouco além, usando uma blindagem individual para cada par de cabos. Isso reduz o crosstalk e melhora a tolerância do cabo com relação à distância, o que pode ser usado em situações onde for necessário crimpar cabos fora do padrão, com mais de 100 metros

TIPOS DE CABOS

os cabos SSTP (Screened Shielded Twisted Pair), também chamados de SFTP (Screened Foiled Twisted Pair), que combinam a blindagem individual para cada par de cabos com uma segunda blindagem externa, envolvendo todos os pares, o que torna os cabos especialmente resistentes a interferências externas. Eles são mais adequados a ambientes com fortes fontes de interferências.

Para melhores resultados, os cabos blindados devem ser combinados com conectores RJ-45 blindados. Eles incluem uma proteção metálica que protege a parte destrançada do cabo que vai dentro do conector, evitando que ela se torne o elo mais fraco da cadeia.

TIPOS DE CABOS

Fibra Óptica Existem padrões de fibra óptica para uso em redes Ethernet

desde as redes de 10 megabits. Antigamente, o uso de fibra óptica em redes Ethernet era bastante raro, mas com o lançamento dos padrões de 10 gigabits a utilização vem crescendo, com os links de fibra sendo usados sobretudo para criar backbones e links de longa distância.

Existem dois tipos de cabos de fibra óptica, os multimodo ou MMF (multimode fibre) e os monomodo ou SMF (singlemode fibre). As fibras monomodo possuem um núcleo muito mais fino, de 8 a 10 mícrons de diâmetro, enquanto as multimodo utilizam núcleos mais espessos, tipicamente com 62.5 microns

DISTÂNCIAS A SEREM ATINGIDAS PELO GIGABIT ETHERNET DE ACORDO COM O TIPO DE CABO

Tipos de Conectores

RJ-45 CAT 5 RJ-45 CAT 6 RJ-45 Blindado

keystone jack, uma versão fêmea do conector RJ-45

Conector LC

Conector ST

Ferramentas para Crimpar cabos

Testador de Cabo

Alicate para conector fêmea

Alicate para conector RJ-45 Boots

Crimpando os Cabos Ao crimpar, você deve retirar apenas a capa externa do cabo e não

descascar individualmente os fios, pois isso, ao invés de ajudar, serviria apenas para causar mau contato, deixando frouxo o encaixe com os pinos do conector.

A função do alicate é fornecer pressão suficiente para que os pinos do conector RJ-45, que internamente possuem a forma de lâminas, esmaguem os fios do cabo, alcançando o fio de cobre e criando o contato:

Como os fios dos cabos de rede são bastante duros, é preciso uma boa dose de força para que o conector fique firme, daí a necessidade de usar um alicate resistente. Não tenha medo de quebrar ou danificar o alicate ao crimpar, use toda a sua forçaÉ preciso um pouco de atenção ao cortar e encaixar os fios dentro do conector, pois eles precisam ficar perfeitamente retos. Isso demanda um pouco de prática.

O que protege os cabos contra as interferências externas são justamente as tranças. A parte destrançada que entra no conector é o ponto fraco do cabo, onde ele é mais vulnerável a todo tipo de interferência. Por isso, é recomendável deixar o menor espaço possível sem as tranças.

Outra observação é que, além de ser preso pelos conectores metálicos, o cabo é preso dentro do conector através de uma trava plástica, que é também presa ao crimpar o cabo.

Além do cabo e do conector RJ-45, existem dois acessórios, que você pode ou não usar em seus cabos, conforme a disponibilidade. O primeiro são as capas plásticas (boots), que são usadas nas pontas dos cabos para melhorar o aspecto visual.Boots

Crimpando os Cabos O O primeiro teste para ver se os cabos foram

crimpados corretamente é conectar um dos micros (ligado) ao switch e ver se os LEDs da placas de rede e do hub acendem. Isso mostra que os sinais elétricos enviados estão chegando até o switch e que ele foi capaz de abrir um canal de comunicação com a placa.

Se os LEDs nem acenderem, então não existe o que fazer. Corte os conectores e tente de novo. Infelizmente, os conectores são descartáveis: depois de crimpar errado uma vez, você precisa usar outro novo, aproveitando apenas o cabo. Mais um motivo para prestar atenção ;).

Existem também aparelhos testadores de cabos, que oferecem um diagnóstico muito mais sofisticado, dizendo, por exemplo, se os cabos são adequados para transmissões a 100 ou a 1000 megabits e avisando caso algum dos 8 fios do cabo esteja rompido. Os mais sofisticados avisam inclusive em que ponto o cabo está rompido, permitindo que você aproveite a parte boa.

CABO DIRETO

CABO CROSSOVER

CABEAMENTO ESTRUTURADO A idéia central do cabeamento estruturado é cabear todo o

prédio de forma a colocar pontos de rede em todos os pontos onde eles possam ser necessários. Todos os cabos vão para um ponto central, onde ficam os switches e outros equipamentos de rede. Os pontos não precisam ficar necessariamente ativados, mas a instalação fica pronta para quando precisar ser usada. A idéia é que a longo prazo é mais barato instalar todo o cabeamento de uma vez, de preferência antes do local ser ocupado, do que ficar fazendo modificações cada vez que for preciso adicionar um novo ponto de rede.

Tudo começa com a sala de equipamento (equipment room), que é a área central da rede, onde ficam os servidores, switches e os roteadores principais. A idéia é que a sala de equipamento seja uma área de acesso restrito, onde os equipamentos fiquem fisicamente protegidos.

CABEAMENTO ESTRUTURADO O armário de telecomunicações é um ponto de distribuição,

de onde saem os cabos que vão até os pontos individuais. Normalmente é usado um rack, contendo todos os equipamentos, que é também instalado em uma sala ou em um armário de acesso restrito.

Além dos switches, um equipamento muito usado no armário de telecomunicações é o patch panel, ou painel de conexão. Ele é um intermediário entre as tomadas de parede e outros pontos de conexão e os switches da rede. Os cabos vindos dos pontos individuais são numerados e instalados em portas correspondentes do patch panel e as portas utilizadas são então ligadas aos switches.

Além de melhorarem a organização dos cabos, os patch panels permitem que você utilize um número muito maior de pontos de rede do que portas nos switches. A idéia é que você cabearia todo o escritório, ou todo o andar do prédio, deixando todas as tomadas ligadas ao patch-panel.

CABEAMENTO ESTRUTURADO

Patch panel e detalhe dos conectores