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1 Gigabit Ethernet sobre Cobre Este tutorial apresenta a tecnologia Gbit Ethernet sobre cobre, suas características e aplicações. Robson Velasco Garcia Engenheiro Eletrônico (MAUÁ 2000), atuando em áreas de Redes de Dados, Multi-serviços (IP) e Redes de Computadores, em operadoras e provedores de Internet desde Como Engenheiro de Telecomunicações integrou e liderou a equipe que estruturou o backbone IP da Pegasus Telecom, posteriormente ampliado e indexado ao Backbone IP nacional da Telemar, pela integração com a equipe de RMS-Telemar como Especialista em Telecomunicações. Atualmente trabalha como Administrador de Redes em provedor de Internet (Universo On Line UOL). Mestrando em Engenharia da Computação com especialidade em Redes de Computadores no IPT - SP (Instituto de Pesquisas Tecnológicas). Categoria: Banda Larga Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 15 minutos Publicado em: 18/07/2005 1

2 Gbit Ethernet sobre Cobre: O que é? Existe uma grande probabilidade de que com os próximos avanços, experiências e materiais, o padrão 10G Base-T seja bem difundido nas redes locais. Mesmo com o advento da tecnologia Gigabit Ethernet em cobre (1000 Base-T ou 1G Base-T), a demanda ainda continua crescente, exigindo taxas de bits ainda maiores. Nos backbones, edifícios e grandes anéis metropolitanos (MAN - Metropolitan Area Network) já existem conexões a esta taxa (10 Gbit/s) utilizando fibra óptica. No entanto, nos Data Centers, escritórios e redes locais bem capilarizadas, a utilização dos pares metálicos de cobre ainda é a mais difundida (legado), e por isso se faz necessário o estudo e a padronização do 10G Base-T para estes casos. O estudo apresentado neste tutorial abrange as características desses tipos de redes, suas vantagens e possíveis problemas. Histórico Como um pré-requisito para todos os profissionais da área de tecnologia, as interligações entre sistemas e serviços-servidores, foi o principal motivo para a criação das redes. Estas redes ganharam as estruturas e prédios das corporações, sendo que o padrão Ethernet (Ether = Meio condutor "azul" gasoso + Net = rede) foi o mais aplicado e difundido. O padrão denominado DIX, criado pelo acordo entre gigantes nas áreas de tecnologia (Digital, Intel e Xerox), foi um dos primeiros padrões que se difundiu pelas redes locais (LAN - Local Area Network). Posteriormente, ao redor de 1982, este padrão foi "espelhado" para um outro padrão criado e difundido por um grupo de engenheiros americanos do IEEE, formando e padronizando a família hoje conhecida por IEEE 802.xx. As redes corporativas inicialmente foram montadas com cabos de grandes bitolas (cabo grosso 10Base-5, com alto custo e boa qualidade) e, devido às menores distâncias, passaram posteriormente para os cabos coaxiais (cabo fino 10Base-2, com baixo custo com qualidade inferior ) formando as "cheapernets". A utilização do par metálico de cobre para maiores taxas de comunicação e, ainda assim, para as mesmas distâncias, necessitava de soluções para os problemas de compatibilidade eletromagnética e requeria uma qualidade melhor. Estes problemas foram solucionados, em grande parte, com o advento do cabeamneto estruturado com pares trançados de cobre para redes de maior velocidade, através da tecnologia denominada 10Base-T (o "T" vem de "twisted" - trançado - onde derivou o termo UTP - "unshield twisted pair" - par trançado não blindado), que tornou-se largamente difundida e ainda hoje tem a maior base instalada. Assim, o avanço das redes de 10 Mbit/s (Ethernet) para as de 100 Mbit/s (FastEthernet) foi facilitado pela interoperabilidade 10/100 Mbit/s no mesmo cabeamento, o que permitiu que essa infra-estutura se difundisse nas redes locais e nos CPD's empresariais. Entretanto, para interligações entre corporações e edifícios, o cabeamento estruturado de pares metálicos tornou-se inviável e inseguro. Isto foi o que incentivou o desenvolvimento e a utilização da transmissão de 2

3 dados através de fibras ópticas (100Base-F) para a tecnologia das LAN's, focando principalmente na relação custo-benefício. A demanda de informação, tanto pela melhoria e complexibilidade das aplicações e sistemas que necessitavam de maior comunicação e tráfego de dados, quanto pela constatação de que "quanto mais se tem, mais se quer", levou ao aumento de banda entre servidores e uplinks de switchs. Adicionalmente, o cascateamento entre pilhas de equipamentos foi o que impulsionou o aumento excessivo no tráfego de rede. Os gargalos, assim chamados, estavam nas limitações entre as redes e os servidores de maior demanda ( , por exemplo, ou algum de servidor de conteúdo). A velocidade e o padrão de 100 Mbit/s usado nestas redes locais e, principalmente, na interconexão entre redes, já não se fazia eficiente. Foi então que, ajudado pela compatibilidade tecnológica, e conseqüentemente necessária, que se deu atenção maior ao padrão de Gigabit Ethernet. A fibra óptica para utilização na tecnologia Gigabit Ethernet já havia sido padronizada em Entretanto, o CAT-5 (categoria cinco), especificação e padrão de cabeamento já adotado para os outros padrões Ethernet (802.3, 802.3u, etc) há muito tempo e largamente utilizado, havia sido adotado apenas recentemente pela tecnologia emergente do Gigabit Ethernet. Desta forma, o problema que os administradores e gerentes das equipes e serviços de redes estavam se preparando para enfrentar, que era a re-estruturação ou a troca de toda infra-estrutura de cabeamento para o padrão óptico, foi eliminado pois ficou possível e provado, não só em ambiente experimental, o tráfego de dados na taxa de 1000 Mbit/s ( 1G Base-T ), colaborando então com sua padronização e sua difusão. Não impedindo a melhoria e a adaptação de novos padrões para estas taxas ( CAT5e, etc.). Tendências Hoje a tendência ainda é forte no aumento da demanda de informação, visto que as aplicações voltadas para o comércio eletrônico (e-commerce), jogos e serviços públicos pela Internet, aplicações de tempo real (voz, vídeo, multimídia) demandam também o aumento da banda. Este é um dos fatores pelos quais o Gigabit Ethernet ainda encontra-se em estudo e, em especial neste tutorial, a tendência para o estudo do padrão 10 Gigabit Ethernet. 3

4 Figura 1: Tendência de velocidade em desktops. Fonte: No entanto, o problema e/ou solução a ser discutivo adiante é "como" esta velocidade será possível no cabeamento estruturado legado atual. As dificuldades desta pesquisa existem, por vários motivos: adaptações, compatibilidade eletromagnética (alien crosstalk), interfaces e equipamentos da rede (switchs), entre outros. Por outro lado, as vantagens, tais como o custo e o cabeamento pronto e largamente difundido, concorrem para que o estudo se aprofunde no sentido de viabilizar a nova tecnologia. 4

5 Gbit Ethernet sobre Cobre: 1000 (1G) Base-T Não se pode apresentar o 10G Base-T sem antes apresentar resumidamente o seu precursor, o 1000 Base-T ou 1G Base-T. As primeiras conexões em Gigabit Ethernet (1998) utilizavam a fibra óptica como meio de transmissão e foram padronizadas através da recomendação IEEE 802.3z. Este novo padrão aliviou as redes que estavam com gargalos nas conexões entre servidores e switchs, principalmente nos grandes cores de rede que apresentavam congestionamento por falta de conexões em alta velocidade. As empresas que já tinham um parque todo estruturado com cabos de pares metálicos (CAT-5) relutavam em colocar como prioridade a melhoria de tráfego e velocidade em suas redes congestionadas usando o novo padrão, mesmo pensando na total substituição dos cabos metálicos por cabos de fibra óptica. Em 1999, o IEEE conseguiu estabelecer um padrão utilizando cabos de pares metálicos (cobre) para a transmissão de 1 Gbit/s, através da recomendação IEEE 802.3ab, que utilizava a estrutura legada de cabos (CAT-5) satisfazendo assim os administradores de rede. Uma vantagem bastante interessante para implantar uma rede com o novo padrão no cabeamento existente é que não haveriam grandes intervenções físicas, pois seriam utilizados os mesmos cabos e conectores, ou mesmo intervenções lógicas profundas. Para o mesmo sistema e equipamentos, os pacotes teriam o mesmo MTU (no caso das conexões em modo full-duplex, que se tornariam a maioria, com a larga utilização de switches) variando entre 64 e 1514 bytes, como no clássico padrão Ethernet. A figura a seguir apresenta a estrutura em camadas dos padrões Gigabit Ethernet. 5

6 Figura 2: A padronização Gigabit Ethernet. Fonte: Principais Características Codificação Como trabalharia o padrão 1000 Base-T utilizando o mesmo cabo UTP do padrão 100 Base-T? A resposta é simples: utilizando os quatros pares metálicos existentes no cabo UTP. Assim sendo, cada par trabalharia na mesma freqüência do single-pair FastEthernet, ou seja 125 MBauds, através da um poderoso recurso de codificação denominado PAM (Pulse Amplitude Modulation ), que no caso do padrão 1000 Base-T é denominado PAM-5 (cinco níveis). Portanto: 125 MBauds/par x 2 bits (codificação PAM-5) = 250 MBauds Quatro pares x 250 MBauds = 1000 Bauds = 1000 Mbit/s. Mas se são utilizados 2 bits para formar 250 Bauds, porque 5 níveis? Utiliza-se o 5º Nível para fins de controle, uma vez que quatro níveis são utilizados para acrescentar os bits adicionais aos quadros, e formatar o padrão também em 1000 Mbit/s. Comprimento do Cabo UTP Para o padrão 1000 Base-T o comprimento máximo do cabo é de 100 metros, em uma rede comutada, com 200 metros de raio (com switch central). Comunicação O padrão 1000 Base-T utiliza a comunicação full-duplex e suporta a comunicação half-duplex, para compatibilidade com o legado de rede. A comunicação half-duplex utiliza o protocolo CSMA/CD. Devido ao tamanho do pacote de dados do protocolo e a taxa de 1 Gbit/s da rede, o tempo de transmissão desses pacotes de dados era menor que o tempo de detecção de colisão na nova rede (pois aumentava a taxa de transmissão em 10 vezes), o que limitava o tamanho do cabo em 25 m para pemitir o uso do CSMA/CD. No entanto, para redes locais esse limite era inviável. A solução foi utilizar a técnica denominada frame burst, onde o próprio controle da rede (hardware - NIC) insere extensões e quadros interligados diretamente com o primeiro frame, aumentando o tamanho do pacote de dados enviado. Com isso o pacote chega a um mínimo de 512 bytes, sem nenhuma intervenção ou reconhecimento da camada de software. Este tipo de tráfego é denominado back-to-back, e faz com que o meio de acesso fique exclusivo para a conexão entre uma estação rodando com taxa de 10 Mbit/s ou 100 Mbit/s e outra com taxa de 1000 Mbit/s até o último frame desse burst. Já a comunicação full-duplex, que não utiliza o CSMA/CD, virtualmente duplica a banda disponível (1G Tx + 1G Rx = 2Gbit/s). 6

7 Taxa de Erro A confiabilidade da rede, medida pela taxa de erro, atende o mesmo padrão estabelecido para o Fast Ethernet, ou seja, um bit errado em dez milhões (BER = 1 x 10**-7 ). Esta taxa de erro é alcançada utilizando técnicas baseadas em DSP (Digital Signal Processor) para minimizar o efeito de ruídos, ecos e interferências na transmissão de dados sobre os pares metálicos. Cabeamento (UTP - Cobre) Os problemas que já eram encontrados nos antigos padrões 10/100 Base-T, tais como o cross-talk ou perda na reflexão do sinal por descasamento de impedância, também eram encontrados nas conexões Gigabit Ethernet em cobre. Estes problemas foram inicialmente negligenciados na infra-estrutura e padronização do 10 Base-T e suas derivações, mas para a alta taxa do 1G Base T, deveriam ser levados em consideração de forma mais efetiva, uma vez que 10% - mesmo para o padrão FastEthernet - do parque CAT-5 instalado, encontrava-se fora dos padrões considerados resistentes a estas interferências diretas da transmissão. Desta forma, o padrão de cabeamento CAT-5 melhorado, denominado CAT-5e (enhanced), tornou-se um pré requisito para as novas instalações que utilizavam a transmissão Gigabit Ethernet sobre cobre. O ganho de sinal torna-se relevante, além de minimizar os problemas de compatibilidade magnética considerados anteriormente. Como conseqüência, estes mesmos pré requsitos e padrões aplicar-se-ão também às redes 10G Base-T. 7

8 Gbit Ethernet sobre Cobre: 10G Base-T No padrão 10 Gigabit Ethernet, definido pela recomendação IEEE 802.3an, a largura de banda pode ser escalada de 1 até 10 Gbit/s sem sacrificar nenhum dos serviços inteligentes de rede, tais como o Multiprotocol Label Switching (switching de camada 3), o ajuste de qualidade de serviço (QoS - Quality of Service), o balanceamento de carga de servidores e qualquer outra política prévia que altera o roteamento desta rede. Esses serviços podem ser entregues a uma taxa de 10 Gbit/s em uma rede Ethernet e podem suportar quase todas as infra-estruturas e tecnologias de rede física em LANs, MANs e WANs. A recomendação IEEE 802.3an define também o controle de acesso ao meio (MAC - Media Access Control) e o formato e tamanho do quadro. O novo padrão 10 Gigabit Ethernet suporta somente o modo de operação full duplex, diferente neste sentido dos modos Gigabit e Fast Ethernet que suportam os dois modos (half - CSMA/CD - e full-duplex). O grande trunfo desse padrão é poder implementar LAN, MAN e WAN (internetworking) e, além disso, suportar a tecnologia legada. Além das vantagens acima descritas, o objetivo do Task Force do 10 Gigabit Ethernet é o de aumentar em 10 vezes a performance a um custo somente três vezes maior. A figura a seguir ilustra um exemplo de utilização do novo padrão em uma rede metropolitana. Princípio de Funcionamento Figura 3: Exemplo de Utilização da tecnologia 10G BaseT. Fonte: Cisco Systems. Para suportar distâncias entre 50 e 100 m, os projetistas do padrão 802.3an desenvolveram uma nova entidade, na camada física (PHY), que faz a interface entre as já existentes camadas de controle de acesso ao meio (MAC) e a Gigabit Media Independente Interface (XGMII) do modelo IEEE. Essa nova entidade possui a funcionalidade de transmitir, receber e gerenciar sinais codificados que são retirados e injetados na infra-estrutura de cabeamento. A figura a seguir mostra o princípio de funcionamento do padrão 802.3an (10G Base-T). 8

9 Figura 4: 10 Gigabit Ethernet. Fonte: Fusion Network. 1. A camada Media Access Control (MAC) G e a Gigabit Media Independent Interface (XGMII), desenvolvidas para 10 Gigabit operando sobre fibra, são as mesmas utilizadas para entregar pacotes para a entidade Physical Layer (PHY), que é a camada dependente do meio, reprojetada para operar no par trançado. 2. A entidade 10 Gigabit - PHY codifica os dados a serem transmitidos sobre os quatro pares trançados de fios de cobre do cabo. 3. O canal de transmissão (Channel) inclui os conectores, o cabo e os cords conectados a dois switches. 4. O receptor equaliza e decodifica o sinal recebido em dados. 5. A camada Media Access Control (MAC) recebe os dados da entidade PHY para serem processados e entregues como pacotes recebidos. Arquitetura A figura a seguir mostra a arquitetura do padrão 10 Gigabit Ethernet comparado ao modelo OSI. 9

10 Figura 5: Arquitetura 10 Gigabit Ethernet. Fonte: Teranetics. A camada Reconciliation atua mapeando os sinais enviados pelo MAC (serial) reinserindo estes sinais em paralelo com os formatos elétricos apropriados para as demais entidades da camada física (XGMII, PCS, PMA, PMD, MDI, WIS e MEDIUM). A entidade Media Independent Interface (XGMII ou 10GMII) fornece uma interface padrão entre a camada MAC e a camada física. Ela isola a camada MAC das várias implementações utilizadas para a transmissão do sinal na camada física (fibra óptica ou cabo coaxial, por exemplo). A sub-camada Physical Coding Sublayer (PCS) é responsável pela codificação e decodificação do fluxo de e para a camada MAC. A sub-camada Physical Medium Attachment (PMA) é responsável pela serialização dos grupos de código em fluxo de bits (e vice-e-versa) utilizados em equipamentos orientados a transmissão de bits seriais. A sincronização é efetuada para prover a decodificação nesta sub-camada. A sub-camada Physical Médium Dependent (PMD) é responsável pela transmissão do sinal. A funcionalidades típicas desta sub-camada incluem amplificação, modulação e o modelamento da onda (wave shaping). Diferentes equipamentos PMD suportam diferentes mídias. A sub-camada Wan Interface Sublayer (WIS) fornece uma inter-operabilidade entre as tecnologias 10 Gigabit Ethernet e Sonet/SDH. Esta sub-camada suporta o enquadramento Sonet/SDH a uma taxa de paylod de 9.58 Gbit/s. Para que taxas de transmissão de 10 Gbit/s sejam compatíveis com taxas de 9.85 Gbit/s, utilizadas na tecnologia Sonet/SDH (padrão OC-192, Optical Carrier), uma pausa na transmissão dos dados, por um período apropriado de tempo, é efetuada. Para fornecer um fluxo de controle ou uma adaptação desta taxa 10

11 de transmissão, duas técnicas são utilizadas. A primeira técnica, chamada de word-by-word, consiste em pausas que são implementadas pela camada MAC na transmissão das palavras de 32 bits por um período pré-especificado até a requisição por mais dados efetuada pela camada física. A segunda técnica, chamada de Inter-Frame Gap (IFG) "segura" a transmissão com ou sem a requisição da camada física. A figura a seguir mostra a arquitetura do padrão 10G BaseCX4, para (cabo coaxial. Figura 6: Arquitetura 10GBaseCx4. Fonte: Teranetics. Para o padrão 802.3an ainda não existe uma definição sobre a utilização da codificação do sinal pela sub-camada PCS da camada física. Os padrões PAM8 e PAM12 estão sendo discutidos, porém ainda não existe um consenso em relação ao método a ser utilizado. Segundo o IEEE, a codificação PAM8 suporta 20% mais ruído em relação à codificação PAM12. O PAM-8 tem 8 (oito) níveis de tensão, o que facilita a identificação no receptor, mas utiliza banda de 1000 Msímbolos/segundo, enquanto o PAM-12 utiliza banda de 825 Msímbolos/segundo, o que é uma vantagem, mas tem 12 (doze) níveis de tensão e a identificação desses níveis, levando em conta os possíveis ruídos existentes, fica mais afetada no receptor. A figura a seguir mostra a arquitetura do padrão 802.3an. 11

12 Figura 7: Arquitetura do padrão 802.3an. Fonte: Teranetics. Alguns comentários sobre o padrão 802.3an devem ser feitos: padrão faz referência somente à entidade PHY da camada física; opera com XGMII (Gigabit Media Independent Interface) para atender à camada MAC; o elemento XAUI (10 Gigabit Attachment Unit Interface) possui seu próprio MDI (Media Dependent Interface); conector a ser utilizado deve ser o RJ45, embora ainda não esteja definido; estuda-se a possibilidade de desenvolver um novo conector para o cabeamento categoria 7. Existe um elemento opcional, chamado Optional XGMII Extender, composto principalmente do elemento XGXS (XGMII Extender Sublayer). Este elemento possui as seguintes funções: utiliza a codificação 8B/10B (a cada 8 bits recebido das camadas superiores, o PCS na codificação envia 10 bits) ; efetua a transmissão do sinal em 4 canais seriais independentes, identificados como lane0, lane1, lane2 e lane3; efetua a sincronização do canal e da interface XAUI ; realiza a compensação da tolerância do clock; realiza a delimitação de pacotes; realiza o controle de erros para evitar a propagação destes erros; realiza a adequada inicialização do link; realiza o controle dos canais seriais de transmissão. 12

13 A figura a seguir mostra um exemplo de implementação XGXS. Gigabit Media Independent Interface (10GMII) Figura 8: Exemplo de Implementação XGXS. Fonte: IEEE Task Force - XGXS Proposa. Corresponde à uma interface entre a camada MAC e a camada física. Essa interface habilita o suporte, para a camada MAC, de várias tecnologias da camada física. A figura a seguir ilustra o funcionamento deste elemento. Figura 9: 10GMII - Arquitetura. Fonte: Ohio University. O TX_word_hold é um mecanismo de controle de fluxo orientado a palavra (word-oriented pacing mechanism). Os caminhos de32 bits possuem funções de transmissão e recepção, cada um com 4 bits de controle (um por byte). Os bits de contole (Control Bits) são definidos como "1", para caracteres especiais e delimitadores, e como "0", para dados. Os caracteres especiais e delimitadores são: IDLE: utilizado na sinalização durante o inter-packet gap e quando não há dado a ser transmitido; SOP (Start of Packet): utilizado para sinalizar o início de cada pacote; EOP (End of Packet): utilizado para sinalizar o final de cada pacote; ERROR: utilizado na sinalização quando um erro é detectado no sinal recebido ou quando é 13

14 necessário introduzir uma sinalização de erro no sinal a ser transmitido. Formato do Quadro MAC O objetivo principal no desenvolvimento do padrão 10 Gigabit Ethernet é o de utilizar o mesmo quadro MAC especificado em outros padrões Ethernet (802.3u, 802.3z, 802.3ab, e outros). Isso possibilita a integração dessas redes com as redes Ethernet existentes. Não há a necessidade de fragmentação, remontagem e tradução de endereços, o que implica em um switching de pacotes rápido. Como a operação é só em modo full duplex, portanto a distância do link não afeta o tamanho do quadro MAC (pois não há necessidade em detectar colisões). O tamanho mínimo para o quadro MAC é o mesmo especificado para os outros padrões Ethernet, ou seja, 64 Bytes. Figura 10: Formato do Quadro MAC. Fonte: Ohio University. O quadro Ethernet é composto pelos seguintes campos: Preamble: um campo de 7 Bytes constituído de 0s e 1s alternados com o propósito de ajudar na recepção em nós sincronizados; SFD (Start of Frame Delimiter): formado pela seqüência e utilizado para indicar o início do quadro; Address Fields: contém os endereços MAC de origem e de destino, com tamanho 48 bits cada; Lenght/Type: campo de 16 bits que identifica o tipo de informação que está sendo transportada no quadro; se o número é igual ou superior a 1536, em decimal, ele representa o tipo de protocolo MAC do cliente; Data and Padding: o campo Padding é opcional e só é necessário quando o tamanho do pacote for inferior a 38 octetos; é utilizado para garantir o tamanho mínimo de 64 bytes do quadro; Frame Cecking Sequence (FCS): este campo contém um controle de erro chamado CRC (Cyclic Redundancy Check) que considera todos os campos do quadro com exceção dos campos Preamble, SFD e CRC. Comparação entre Tipos de Codificação A tabela a seguir compara os diferentes tipos de modulação PAM a serem utilizados no padrão 10 Gigabit Ethernet. A sigla SER corresponde a soft error rate. 14

15 Tabela 1: Comparação entre os métodos de Codificação. 625 M Simbolos/s 833 M Simbolos/s 833 M Simbolos/s 40 db SIR Comentários PAM Msim/s x 4 bit/sim = 2,5 Gbit/s 2,5 Gbit/s x 4 linhas = 10 Gbit/s PAM Msim/s x 3 bit/sim = 2,5 Gbit/s 2,5 Gbit/s x 4 linhas = 10 Gbit/s PAM Msim/s x 3 bit/sim = 2,5 Gbit/s 2,5 Gbit/s x 4 linhas = 10 Gbit/s Fonte: IEEE. SER: 1,08 x 10**-3 SER: 7,8 x 10**-6 SER: 3,9 x 10**-4 A figura a seguir compara a performance entre os diversos tipos de modulação. Figura 11: Gráfico comparativo - Performance das Técnicas de Codificação. Fonte: IEEE. 15

16 Gbit Ethernet sobre Cobre: Cabeamento Padronização do Cabeamento 10GBase-T Em setembro de 2003 o grupo para o padrão IEEE802.3an (Task Force) se reuniu e alguns parâmetros foram definidos para padronizar o cabeamento 10G Base-T de forma a suportar operações baseadas em 4 conectores e 4 pares de cabos trançados de cobre para atender todas as distancias e abranger todas as categorias de cabos. Definiu-se uma única camada física para suportar cabos de 4 pares trançados com pelo menos 100 m de comprimento, classe F (categoria 7), e cabos de 4 pares trançados com pelo menos 55 a 100 m de comprimento, classe E (categoria 6), e, adicionalmente, com taxa de erro de bit de 10**-12 para todas as distancias e categorias de cabos. A decisão final foi tomada com foco em 3 modelos baseados em interferência Alien Crosstalk (interferência eletromagnética entre cabos e agrupamentos, que afeta a a taxa transferência de informações), conforme apresentado na tabela a seguir. Modelo 1 Tabela 2: Modelo e embasamento para o cabeamento padrão IEEE 802.3an. Perda de Inserção (Insertion Loss) 100 m, classe F categoria 7 STP e/ou categoria 6 melhorada Allien Near-end Crosstalk (em 100MHz ) 60 db 2 55 m, classe E e/ou categoria 6 UTP melhorada 47 db m, classe E /categoria 6 FTP 62 db Fonte: Nexans White Paper, October Como resultado desses trabalhos, tem-se as seguintes conclusões: Como pode-se observar na tabela, os modelos 1 e 3 são os modelos aplicáveis para suportar cabeamentos de 100 m determinados pela ISO ou TIA. O MODELO 1 é baseado na classe F (categoria 7) de cabeamento definido pela ISO/IEC 11801:2002. É especifico para 600 MHz, resistente ao alien crosstalk graças a sua screnning performance. O MODELO 2 se baseia na classe E (categoria 6 UTP) e atende freqüências de 1 até 250MHz. O MODELO 3 se baseia na classe E (categoria 6) e atende freqüências superiores a 500MHz. Desafios para o Cabeamento 10GBase-T A capacidade de trafegar dados em um determinado canal de comunicação (capacidade de canal) é um fator muito importante pois nos assegura uma taxa máxima de transmissão de dados da origem até o destino com o mínimo possível de erros. Quando se calcula a capacidade de canal utilizando a Lei de Shannon, além de outras variáveis, deve-se ter cautela quanto a seu uso e interpretação, pois pode-se perder informação no canal caso não seja dada 16

17 atenção para todos os detalhes. Quando se consideram os pré-requisitos do sistema de cabeamento para 10G Base-T, se faz necessário considerar todas os sinais que possam interferir negativamente na comunicação. Para alcançar um sinal de ruído aceitável nas instalações reais devem ser levados em conta fatores como temperatura, umidade e interferência Allien Crostalk, entre outros. 17

18 Gbit Ethernet sobre Cobre: Considerações Finais O Gigabit Ethernet (tanto o 1G como o 10G), quando utiliza o cabeamento de cobre (CAT-5, ou CAT-5e, CAT-6 ou seus predecessores), é a melhor escolha se o quesito for custo. Entretanto, o legado de CAT-5 ficará sujeito a distâncias menores que os 100 m desejados para os cabos estruturados melhores (CAT-5e, CAT-6). Com certeza, a fibra óptica tem características que a tornam a melhor escolha, mas o seu custo (lembrando dos tipos de interfaces e equipamentos) é bem superior a infra-estrutura de rede para cabo de pares metálicos. Algumas das características mais relevantes para as redes podem ser avaliadas considerando o tipo de cabo a ser usado: Compatibilidade Eletromagnética: os cabos de fibra óptica podem ficar aparentes em regiões com barramentos energizados expostos, cabeamentos elétricos, elevadores, motores em geral ou todo e qualquer tipo de ruído eletromagnético que, mesmo agindo no ambiente da fibra, não tem nenhuma ação direta na transmissão ou qualquer impacto na informação. Segurança: os cabos de fibra óptica dificultam o acesso indevido para os "hackers" visto que para se obter o acesso é necessário que se faça uma quebra e junção (split) para que se possa desviar a informação e monitorar a conexão. Isto é totalmente inviável em um ambiente de Data Center, obrigando o "hacker" a fundir ou justapor fibras. Distâncias: o CAT -5 para o Gigabit Ethernet, tem garantia de transmissão confiável até 100 m de comprimento. A fibra óptica, dependendo do laser utilizado na transmissão, pode atingir 70km, o que é um facilitador para longas distâncias. Essas três características combinadas, que satisfazem toda e qualquer instalação, seja ela do tipo INTERNA ou EXTERNA, é que vão definir o uso do cabo adequado: Instalações INTERNAS (Data Centers, Web-Colocations): a opção mais interessante é utilizar a transmissão via pares metálicos de cobre (mais especificamente o CAT-5), pois além das pequenas distâncias envolvidas e a existência de um ambiente provavelmente seguro (contra "hackers") e com políticas de segurança bem definidas, a quantidade de cabos instalados é muito maior, melhorando a relação custo-benefício da infra-estrutura (cabeamento horizontal). Instalações EXTERNAS (MAN's, prédios, backbones) : a opção mais interessante neste caso é utilizar cabos de fibra óptica, visto que o ambiente é mais agressivo e sujeito a interferências eletromagnéticas, entre estes ambientes as distâncias são maiores (entre empresas e/ou prédios, existe um risco maior de segurança (facilitando o acesso de "hackers") e principalmente porque o número de fibras e a quantidade de enlaces são muito menores que o caso anterior (interior de Data Centers e prédios das empresas), o que melhora a relação custo/benefício. A exceção para o caso de instalações INTERNAS ocorre nas conexões entre os andares de prédios comerciais ou de empresas (cabeamento vertical), onde uma melhor relação custo-benefício é obtida pela escolha de cabos de fibra óptica. 18

19 Figura 12: A escolha: fibra óptica ou cobre? Fonte: Intel.com/networks. De fato, o 10G Base-T ainda sofre com os efeitos de compatibilidade Eletromagnética, entre outros ruídos, provocados pelos já mencionados efeitos de Cross talking e Alien Cross-talking (FEXT, NEXT), o que ainda tem demandado um estudo aprofundado para o problema. As discussões atuais para o padrão 10G Base-T ainda tratam da padronizações de cabos, da codificação de transmissão e da interface de acesso ao meio (PHY/X-GMII). Para o acesso ao meio, as padronizações precisam desenvolver um novo sistema físico (PHY - Physical Layer Entity) para intercambiar com o 10G-MII (Media Independent Interface) existente e padronizado no modelo IEEE. As funções de transmissão e recepção do PHY existentes são provenientes dos cabeamentos existentes, o que para o padrão 10G ainda devem ser aprofundadas. As propostas e padronizações do 10G Base-T, estão orientadas para finalizar em meados de

20 Referências INTEL - Gigabit Ethernet over copper (white paper). CISCO - IEEE 802.ab / an - white papers IEEE - IEEE an - Task Force - Public Area (Tutoriais) Network World Fusion Light Reading Systimax Solutions - Position paper on 10G Base-T Nexans - IEEE an (white paper) Ohio University Research - Siwamogsatham, Siwaruk Held, Gilbert - ETHERNET NETWORKS - Design, Implementation, Operation and Management, Fourth Edition, Ed. Wiley Tanenbaum, Andrew S. - REDES DE COMPUTADORES - 4a. Edição - Ed. Campus. Stallings, William - HIGH-SPEED NETWORKS AND INTERNETS - Performance and Quality of Service, Second Edition, Ed. Prentice Hall. 20

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