Nesta unidade temática, você vai aprender

• A conhecer a Tecnologia Ethernet utilizada em redes de Computadores e suas características;

• O histórico da Tecnologia Ethernet;

• Os principais Padrões;

• O funcionamento.

Tecnologia Ethernet

A tecnologia Ethernet é evidentemente a mais utilizada atualmente e, em um futuro próximo, praticamente tomará conta do mercado de redes locais. Na década de 80 e início de 90, ela enfrentou muitos desafios vindos de outras tecnologias LAN, incluindo o Token Ring, FDDI e ATM. Algumas dessas tecnologias conseguiram ficar com parte da participação de mercado durante alguns anos, mas desde sua invenção, em meados da década de 70, a Ethernet tem se aprimorado e crescido, além de conservar sua participação no mercado dominante.

A Ethernet é apresentada de muitos modos e formatos, podendo ter uma topologia em estrela ou barramento. Ela pode rodar sobre cabo coaxial, par trançado ou fibra óptica. Além disso, pode transmitir dados a diferentes velocidades, especificamente 10 Mbps, 100 Mbps, 1 a 100 Gbps. Apesar de se apresentar sob muitos gêneros, todas as tecnologias Ethernet compartilham a maioria das características, mantendo a compatibilidade entre elas.

Histórico do padrão Ethernet

1968 - Norman Abrahamson criou a ALOHAnet para comunicação entre usuários remotos no arquipélago de ilhas do Hawaii, baseados em uma central em Honolulu. Realizava a transmissão por meio de ondas de rádio.

Existem dezenas de variedades de Ethernet especificadas ou em processo de especificação. A designação das mídias segue o padrão N-SIG-PHY, com significado:

Em sua versão original, uma LAN Ethernet consistia em um cabo coaxial único, chamado de éter, ao qual múltiplos computadores se conectam.

A principal característica da Ethernet é o modo de trabalho promíscuo - cada quadro vai para todas as estações, mas só aquela que tem um endereço igual ao endereço do destinatário aceita a mensagem. Essa característica é típica de sistemas em barramento.

A Ethernet define uma topologia passiva, pois as estações não são responsáveis por mover os dados. O quadro segue pelo cabo até o terminador sem depender do auxílio das placas de rede das estações intermediárias.

Na Ethernet original, em uma topologia em barramento, apenas uma estação por vez pode mandar mensagens, portanto, quanto mais estações na rede, pior a performance do sistema.

Durante curtos intervalos de tempo, uma estação tem a sua disposição uma alta capacidade de transmissão, mas assume-se que ela não sustente essa taxa por um longo período de tempo.

Nessa situação, é necessário agregar maior capacidade à LAN ou segmentá-la em dois ou mais pedaços. A última opção agrega tanta capacidade quanto mais segmentos forem adotados.

Endereçamento Ethernet

Para que o mecanismo anterior funcione corretamente, é necessário que a rede possibilite o oferecimento de endereços globalmente únicos (exclusivos) para cada estação, o que é o caso da tecnologia Ethernet.

Esse mecanismo se dá pela venda de blocos de endereços aos diferentes fabricantes, o que, anteriormente, era efetuado pela Xerox, tendo sido passado ao IEEE. Como os fabricantes não possuem blocos iguais, não há possibilidade de conflitos.

O endereçamento Ethernet é feito através dos endereços MAC (Medium Access Control). Esses endereços são globalmente únicos, com 48 bits cada (6 bytes).

Antes de sair da fábrica, o fabricante do hardware atribui um endereço físico a cada placa de rede. Esse endereço é programado em um chip na placa de rede. Como o endereço MAC está localizado na placa de rede, se a placa de rede fosse trocada em um computador, o endereço físico da estação mudaria para o novo endereço MAC. Os endereços MAC são gravados usando-se números hexadecimais (base 16).

Os endereços MAC de 48 bits são expressos com doze dígitos hexadecimais. Os primeiros seis dígitos hexadecimais, que são administrados pelo IEEE, identificam o fabricante ou fornecedor e, portanto, compreendem o Organizational Unique Identifier (OUI). Os seis dígitos hexadecimais restantes compreendem o número serial de interface, ou outro valor administrado pelo fornecedor específico.

Quando um endereço Ethernet Unicast é utilizado como endereço destino em um pacote, este só será decodificado pela estação que possuir aquele endereço específico.

Uma placa de rede, pode ter, além de seu endereço único, um ou mais endereços de multicast associados, permitindo nativamente o uso deste tipo de formato de transmissão.

Um endereço indicando a origem de um frame deve ser um endereço unicast, enquanto o endereço indicando o destino pode ser tanto unicast, multicast ou broadcast.

Ethernet Original

Nenhuma das versões do 802.3 utiliza a codificação binária direta com 0 volts para um bit 0 e 5 volts para um bit 1, pois isso gera ambiguidades. Se uma estação enviar a seqüência de bits 00010, outras podem erroneamente interpretá-lo como 10000000, pois não conseguem identificar a diferença entre um transmissor inativo (0 volts) e um bit 0 (0 volts).

É necessário haver uma maneira de os receptores determinarem exatamente o início, o fim e o meio de cada bit. Um desses métodos é a Codificação Manchester (Manchester encoding), utilizada na Ethernet original a 10 Mbps.

A codificação Manchester é mais uma operação da Camada Física do que da Camada de Enlace; contudo, é descrita brevemente, por ser utilizada na tecnologia Ethernet 10 Mbps discutida aqui.

Na codificação Manchester, cada período de bits é dividido em dois intervalos iguais. Um bit 1 binário, é enviado quando a voltagem é definida como alta durante o primeiro intervalo e como baixa no segundo. No 0 binário, acontece exatamente o contrário. Esse esquema garante que cada período de bits tenha uma transição na parte intermediária, tornando fácil o receptor sincronizar-se com o transmissor.

Fast Ethernet

A Ethernet padrão a 10 Mbps foi uma revolução nas LANs, mas é claro que, à medida que as aplicações de rede iam sendo desenvolvidas, novas demandas por melhores taxas de transmissão foram surgindo. Assim, surgiu o protocolo Fast Ethernet (100 Mbps) normatizado como IEEE 802.3u em Junho de 1995. Tecnicamente, 802.3u não é um novo padrão, e sim um adendo ao 802.3 existente.

Toda a ideia por detrás da evolução de 10 para 100 Mbps foi manter intacta a sub-camada MAC. O método de acesso é o mesmo (CSMA/CD). O formato do frame, tamanhos mínimos e máximos e o endereçamento são os mesmos também. A única mudança foi na duração do bit (bit time) de 100 nano segundos para 10 nano segundos.

As implementações de Fast Ethernet podem ser classificadas de acordo com a forma de conexão: dois ou quatro pares. A implementação a dois pares é denominada 100Base-X, a qual pode ser par trançado (100Base-TX) ou fibra óptica (100Base-FX). A implementação de 4 pares foi desenvolvida apenas para par trançado (100Base-T4).

Gigabit Ethernet

Os avanços mais recentes em aplicações de alta resolução, vídeo em tempo real, editoração digital e outros, resultaram no protocolo Gigabit Ethernet (1 Gbps) na norma IEEE 802.3z do ano 1998.

Outra vez, a ideia principal por detrás da evolução Ethernet é manter intacta a sub-camada MAC. O padrão Gigabit tem duas opções para o método de acesso ao meio: modo half-duplex com CSMA/CD e modo full-duplex sem CSMA/CD.

As implementações Gigabit Ethernet, assim como o Fast Ethernet podem ser classificadas de acordo com a forma de conexão: dois ou quatro pares.

1000Base-T: O padrão 1000Base-T foi desenvolvido para usar UTP categoria 5 (UTP CAT 5). Os quatro pares trançados juntos atingem uma taxa de 1 Gbps.

1000Base-TX: Trata-se do padrão Gigabit Ethernet sobre par trançado UTP nas categorias 6 e 7, utilizando dois pares para transmissão e dois pares para a recepção, trafegando 500 Mbps em cada par, permitindo transmissão full-duplex.

A diferença básica entre um e outro está na codificação envolvida, pois, para uma porta 1000Base-T, todos os pares devem transmitir e receber simultaneamente. Já no padrão 1000Base-TX, apenas dois pares transmitem e os outros dois recebem, isso torna a codificação mais simples e barata.

10Giga Ethernet

O 10Gigabit Ethernet opera apenas em modo full-duplex, o que significa que não existe a necessidade de contenção (CSMA/CD).

Os padrões 10G para cabos de fibra óptica se dividem em duas categorias: os padrões de longa distância (40 km oferecidos pelo 10GBase-ER), que utilizam cabos de fibra monomodo e os padrões de curta distância (10 km oferecidos pelo 10GBase-LR), que utilizam cabos de fibra multimodo e transmissores mais baratos.

Em cabos par trançado 10GBase-T, podem ser não blindado ou blindado, sendo o cabo Cat 5e até 45m, Cabo Cat 6 até 55m.

Para que fosse possível o uso de cabos de até 100 metros, como nos padrões anteriores, foi criado o padrão Cat 6a, que suporta frequências de até 500 MHz e é baseado em normas ainda mais estritas.

40/100Giga Ethernet

De acordo com o grupo de trabalho do 802.3ba (2010), as exigências de largura de banda para as aplicações de computação e trabalho de rede em core, vão levar a duas velocidades distintas para a próxima geração ethernet (40G para conectividade em servidores e 100G para CORE SWITCHING “Switch central para redes de alta performance”).

Camada Física:

40GBASE-SR4 usa um total de 4 fios de fibra para transmitir e receber de um total de 8 fios (4 para transmitir e 4 para receber).

100GBASE-SR10 usa um total de 10 fios de fibra para transmitir e receber de um total de 20 fios.