Redes 10 Gigabit Ethernet

Redes 10 Gigabit Ethernet Ederson Luis Posselt 1, Joel Henri Walter 2 1 Instituto de Informática Universidade de Santa Cruz do Sul (UNISC) Bairro Universitário na Av. Independência 2293 Santa Cruz do Sul RS Brasil Department of Computer Science University of Santa Cruz do Sul. Departamento de Sistemas e Computação Universidade de Santa Cruz do Sul (UNISC) Santa Cruz do Sul, RS Brasil edersonlp@yahoo.com.br, bowmanz9@hotmail.com Abstract. With the increase and the necessity of more transmission speed, worldwide new technologies are appearing each day; they aim improve the current scene. This article describes the functioning of the 10 Gigabit Ethernet networks analyzing the concerning subjects, it`s standards and applications. Resumo. Com o aumento e a necessidade de mais velocidade de transmissão nas redes mundiais estão surgindo a cada dia novas tecnologias que visam melhorar o cenário atual. Este artigo pretende descrever o funcionamento de redes 10 Gigabit Ethernet analisando os meios envolvidos, seus padrões e aplicações. 1. Introdução A necessidade de diminuir custos, aumentar a confiabilidade, disponibilizar o compartilhamento de recursos físicos e informações fez surgir às redes de computadores. A utilização das redes aumenta a cada dia com as diversas finalidades com que são usadas. O interesse por redes mais velozes faz com que haja muitos estudos na área. O Ethernet é um padrão de camada física e de enlace, opera a 10 Mbps, com quadros que possuem tamanho entre 64 e 1518 bytes. O endereçamento é feito através de uma numeração que é única para cada host com 6 bytes sendo os primeiros 3 bytes para a identificação do fabricante e os 3 bytes seguintes para o número seqüencial da placa. Este numeração é conhecida como endereço MAC(Media Access Control). A sub-camada MAC, pertencente a camada 2 da pilha de protocolos OSI, controla a transmissão, a recepção e atua diretamente com o meio físico, conseqüentemente cada tipo de meio físico requer características diferentes da camada MAC.[5] O modo de transmissão é uma característica importante do padrão Ethernet, podendo ser:

Simplex: durante todo o tempo apenas uma estação transmite, a transmissão é feita unilateralmente; Half-duplex: cada estação transmite ou recebe informações, não acontecendo transmissão simultânea; Full-duplex: cada estação transmite e/ou recebe, podendo ocorrer transmissões simultâneas. Figura 1. Modo de transmissão.[5] Este artigo está organizado em cinco seções, após a primeira seção introdutória, a segunda seção descreve os principais conceitos das redes Gigabit Ethernet. A seção três fala sobre os principais conceitos das redes 10 Gigabit Ethernet. A seção quatro discute as aplicações das redes 10 Gigabit. Por fim, a seção cinco apresenta algumas conclusões. 2. Gigabit Ethernet 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. 1000baseT 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. 1000baseCX opção para redes de curta distância, com alcance de até, no máximo, 25 metros. Nela o cabeamento é feito com cabos coaxiais com dois fios. 1000baseSX uso de fibras ópticas nas redes, e é recomendada nas redes de até 550 metros.

1000baseLX Se a rede for maior que 550 metros, ela é a única alternativa. Os padrões 1000baseLX, 1000baseCX e 1000baseSX são padronizados pelo IEEE 802.3z, já o padrão 1000baseT está padronizado pelo IEEE 802.3ab.[9] Este novo padrão agregou valor não só ao tráfego de dados como também ao de voz e vídeo. O Gigabit Ethernet foi desenvolvido para suportar o quadro padrão Ethernet, isto significa manter a compatibilidade com a base instalada de dispositivos e não requerer tradução do quadro. Possui taxa de transmissão de 1 Gbps e segue o padrão Ethernet com detecção de colisão, regras de repetidores, Aceitando modo de transmissão half-duplex e full-duplex. 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.[9] 3. 10 Gigabit Ethernet 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 sub nível MAC, uma vez que ela opera apenas ponto a ponto. O seu modo de transmissão é somente Full- Duplex. Uma desvantagem da rede 10 Gigabit Ethernet é que ela não possui tecnologia cliente/servidor, então ela tem usos bastante específicos, como em backbones. O 10 Gigabit Ethernet também representa o fim dos hubs. O padrão permite apenas o modo de operação full-duplex, o que só é possível através do uso de switches. Isso encarece mais ainda o novo padrão, mas traz ganhos de desempenho consideráveis, já que além de permitir o uso do modo full-duplex, o uso de um switch praticamente acaba com as colisões de pacotes. As redes 10 Gigabit não tem o interesse de substituir as redes atuais em médio prazo. A idéia é complementar os padrões de 100 e 1000 megabits, oferecendo uma solução capaz de interligar redes distantes com uma velocidade comparável ou superior a dos backbones DWDM e SONET, tecnologias muito mais caras, utilizadas atualmente nos backbones da internet.[10] Existem vários padrões diferentes de redes 10 Gigabit Ethernet, voltados para aplicações específicas, abaixo seguem os padrões e suas principais particularidades: 10GBASE-EX utiliza fibras monomodo, com laser de 1550 nm e alcance de 40 km (usando fibras de alta qualidade é possível atingir distâncias ainda maiores). 10GBASE-LX utiliza um laser mais curto, de 1310 nm (permitindo o aproveitamento de muitas instalações antigas), mas com alcance de 15 km. 10GBASE-SX utiliza fibras multimodo, bem mais baratas. Nele o alcance é de apenas 300 metros, tornando-os mais adequados para interligar roteadores dentro de grandes redes locais, criando uma espinha dorsal de links rápidos.

10GBASE-CX utiliza cabos de cobre twiaxiais e por isso é bem mais barato que os anteriores. Porém, ele só funciona em distâncias muito curtas em torno de 20 metros, por isso é útil apenas para interligar roteadores dentro de data centers, onde as máquinas estão fisicamente muito próximas. 10GBASE-T utiliza cabos de par trançado. Existe a impressão de que o Gigabit Ethernet já levou os cabos de par trançado ao limite, transmitindo 10 vezes mais dados do que os cabos CAT 5 foram originalmente desenvolvidos para suportar. O padrão proposto inicialmente para o 10 Gigabit prevê o uso de cabos categoria 6 e categoria 7, com distância máxima de, respectivamente, 55 metros e 100 metros. Note que o fato de demandar cabos de maior qualidade vai ser um grande obstáculo à popularização do 10 Gigabit, pois mesmo a partir do ponto em que as placas e switches tornarem-se baratos, ainda haverá o custo de trocar todo o cabeamento. Existe um grande esforço sendo feito no sentido de criar um padrão que permita utilizar cabos categoria 5e, mesmo que a distâncias mais curtas, possivelmente mantendo os mesmos 55 metros permitidos ao usar cabos categoria 6. O grande obstáculo é que existe uma grande diferença de qualidade entre os cabos de categoria 5e, categoria 6 e categoria 7. Os cabos categoria 5e suportam freqüências de até 100 MHz. Os cabos categoria 6 suportam até 250 MHz, enquanto que os de categoria 7 suportam até 600 MHz.[10]. 4. Aplicações para a rede 10 Gigabit Ethernet Redes 10 Gigabit não são projetadas para serem usadas dentro de corporações, sua principal funcionalidade é criar links velozes entre backbones. Um exemplo clássico é a interligação de Campus de uma universidade, onde se deseja interligar 2000 computadores divididos entre os Campus. Nesse caso utilizaria-se um backbone 10 Gigabit Ethernet para os backbones principais unindo os servidores e os conectando a internet. Usando uma malha de switches Gigabit Ethernet para levar a rede até as salas de aula e departamentos e, finalmente, usar hubs 10/100 para levar a rede até os alunos e funcionários, complementando com pontos de acesso 802.11bg para oferecer também uma opção de rede sem fio. Isso estabelece uma pirâmide, onde os usuários individuais possuem conexões relativamente lentas, de 11, 54 ou 100 megabits, interligadas entre si e entre os servidores pelas conexões mais rápidas e caras, formando um sistema capaz de absorver várias chamadas de videoconferência simultâneas, por exemplo. Outra aplicação em destaque é o próprio uso em backbones de acesso à internet. Usando o 10 Gigabit, um único cabo de fibra óptica transmite o equivalente a mais de 600 linhas T1 (de 1.5 megabits cada), cada um suficiente para atender uma empresa de médio porte, um prédio residencial ou mesmo um pequeno provedor de acesso via rádio. Ou seja, com um único link 10 Gigabit temos banda suficiente para atender com folga a uma cidade de médio porte.[10]

Figura 2. 10 Gigabit usado para expandir redes locais. [1] Figura 3. 10 Gigabit usada em redes MAN [1]

5. Conclusão A rede 10 Gigabit Ethernet tem como principal objetivo prover links de acesso com grande capacidade de transmissão. A idéia inicial não é utilizar essa rede dentro de corporações, porém já existem estudos que visam preparar as redes de categoria 6 e 7 para se adaptarem a 10 Gigabit em distâncias curtas. O grande problema referente a uma transformação nas redes LAN é a troca de cabeamento para poder suportar redes 10 Gigabit. A forma mais fácil de aperfeiçoar as redes LAN é o uso de redes Gigabit e link 10 Gigabit para interconectar bases localizadas em outros pontos. Podemos concluir que dentro de alguns anos todas as redes internas cabeadas estarão na base de 10 Gigabit, para perceber isso basta olhar os dados históricos, 10 megabits são as taxas de transmissão mais antigas, 100 megabits são os padrões mais utilizados atualmente, Gigabit está entrando cada vez mais no mercado, várias placas mães vem de com placas de rede 10/100/1000 onboard por padrão. Referências [1]http://www.intel.com/network/connectivity/resources/doc_library/white_papers/pro1 0gbe_lr_sa_wp.pdf, acessado em Maio de 2007 [2]http://www.sun.com/products/networking/ethernet/10gigabitethernet/index.xml, acessado em Maio de 2007 [3]http://www.intel.com/network/connectivity/resources/technologies/10_gigabit_ethern et.htm, acessado em Maio de 2007 [4]http://en.wikipedia.org/wiki/10_gigabit_Ethernet, acessado em Maio de 2007 [5]http://mesonpi.cat.cbpf.br/naj/ethernet.pdf, acessado em Maio de 2007 [6]http://www.ethernetalliance.org/technology/white_papers/Moving_10_Gigabit_Ether net_into_a_volume_platform.pdf, acessado em Maio de 2007 [7]http://www.ethernetalliance.org/technology/white_papers/, acessado em Maio de 2007 [8]http://www.ethernetalliance.org/technology/white_papers/CE_1600May23.pdf, acessado em Maio de 2007 [9]http://pt.wikipedia.org/wiki/Gigabit_ethernet, acessado em Maio de 2007 [10]http://www.guiadohardware.net/guias/14/index5.php, acessado em Maio de 2007