Ethernet

Desde a adoção das redes Ethernet surgiram inúmeras especificações acompanhadas ou não da aprovação dos usuários e da indústria. Conheça os padrões e alicerces da Ethernet ficando por dentro de tudo o que é necessário para estabelecer uma rede local típica.

O padrão Ethernet é um dos mais populares e difundidos nas redes atualmente instaladas e certamente é o mais empregado em novos projetos. Sua tão grande popularidade deve-se tão somente à aceitação do padrão por diversos fabricantes de dispositivos.

A Ethernet surgiu antes mesmo da especificação IEEE 802.3, que atualmente confunde-se com o padrão. Na verdade, o 802.3 foi desenvolvido sobre o padrão Ethernet. O 802.3 especifica que as redes Ethernet foram desenvolvidas para ambientes de pequenos e médios negócios, mas elas também são empregadas em residências e grandes indústrias.

As redes Ethernet são empregadas geralmente com três topologias físicas, a de árvore, barramento e também a estrela. É praticamente inviável empregá-la com outro tipo de topologia, como em anel. Simplesmente não há condições e nem faz sentido.

CSMA/CD

A principal característica das redes Ethernet é o tipo de MAC (Medium Access Control - controle de acesso aos meios) empregado, no caso, o CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection) documentado pelas especificações do 802.3 do IEEE.

O método CSMA obriga qualquer estação que quiser transmitir a escutar o meio de acesso, seja ele cabo ou frequência portadora difundida sem fios. Essa operação tem por objetivo detectar se há alguma transmissão em curso. Em caso positivo, a estação deve esperar até que os meios fiquem livres. Há uma probabilidade de que duas estações tentem iniciar uma transmissão simultaneamente causando uma colisão que prejudicará os sinais de ambas as estações já que ambos dividem o mesmo meio e a técnica de transmissão utiliza a mesma banda de frequências.

COLISÕES

As chances de uma colisão ocorrer dependem do tráfego da rede, que usualmente é proporcional à quantidade de máquinas ativas. Não é tarefa das mais simples encontrar uma maneira de solucionar as colisões. O algoritmo adotado para realizar uma transmissão pelo MAC CSMA/CD está descrito a seguir:

1) Se os meios estão ociosos, pode-se transmitir imediata-mente, caso contrário, deve-se seguir para a próxima etapa;

2) Se os meios estão ocupados, deve-se continuar a examinar os meios até que estejam ociosos e então deve-se começar a transmitir imediatamente;

1 a) Se uma colisão é detectada durante a transmissão, deve-se transmitir um sinal de alerta para que todas as estações saibam do evento e cessem as transmissões. Daí, é que parte-se para o passo 2a;

(2a) Após a emissão do sinal de alerta, deve-se aguardar um intervalo de tempo aleatório dentro de um certo limite.

Há um detalhe crucial para que a detecção de colisões possa funcionar. O tempo que uma estação fica transmitindo deve ser longo o suficiente para que as estações mais distantes possam detectar uma provável colisão entre os sinais enviados.

Em outras palavras, o que se quis expressar é que o tamanho do pacote Ethernet deve ser suficientemente grande em relação ao tempo de propagação. Desde que a estação mais distante da estação transmissora tenha recebido o sinal que inunda os meios, sem que tenha ocorrido colisão, então não haverá mais possibilidade colisão, pois nesta altura todas as estações devem ter notado que os meios estão ocupados. Agora, se o pacote Ethernet for curto, há um sério risco de haver colisões não detectadas. Isto potencialmente causará erros, como má interpretação dos destinatários e até corrupção de dados.

Felizmente também há mecanismos de validação e certificação de dados que devem coibir erros, mas não podem evitar as quedas de performance causadas pelas retransmissões.

O tempo gasto para que uma colisão seja detectada depende das estações envolvidas. No pior cenário, as estações mais distantes determinam esse intervalo. Considerando que estação 1 e 5 esteja em extremos opostos de uma rede barramento, suponha que a estação 1 começou a transmitir normalmente e na iminência do sinal atingir a estação 5, esta, por sua vez, também comece a transmitir. A estação 5 logo perceberá que ocorreu uma colisão e enviará um sinal de alerta pelos meios. Neste caso, o pior, o tempo de detecção é ligeiramente superior ao tempo que um sinal demora para percorrer duas vezes o comprimento do barramento.

Em face a uma colisão, as estações envolvidas tentarão, após um tempo aleatório, retransmitir. Gerar um número aleatório eletronicamente não é um processo muito natural. Primeiro, os números não são criados. Eles ficam armazenados numa tabela recuperada via hardware ou software. Segundo, a sequência de escolha depende de uma entidade chamada semente. Note que às vezes é interessante que uma sequência de números pseudo-randômicos, como é correto chamá-los, seja reprodutível em outras máquinas, especialmente para funções criptográficas. Note também que isto não seria conveniente para a implementação do CSMA/CD, uma vez que isso poderia complicar o impasse de saída de uma colisão.

O algoritmo de utilização dos meios pode ser alvo de críticas. Há pelo menos duas outras soluções que poderiam ser, mas não são implementadas. Em uma delas, quando detectado que os meios estão ocupados, a estação aguardaria um intervalo de tempo baseado em probabilística antes de checar se os meios continuam ocupados. Numa segunda aproximação, mesmo que os meios estivessem disponíveis, uma estação somente transmitiria após um certo intervalo de tempo mesmo que os meios estivessem livres - usualmente, este intervalo corresponderia ao tempo de propagação à estação mais distante. O problema de ambas é que os meios podem acabar ficando demasiadamente ociosos. Estudos práticos comprovaram que o algoritmo especificado no IEEE 802.3 e definitivamente empregado é o mais eficiente mesmo sob diversas condições de carga da rede (muitas ou poucas estações ativas).

DETECTANDO COLISÕES

As colisões podem ser detectadas de várias maneiras, porém alguns métodos são mais precisos do que outros. Fica claro que é incumbência das adaptadoras de rede disponibilizar circuitos físicos para detecção da ocorrência. Quando dois sinais se superpõem num meio físico ou numa mesma portadora, a intensidade das tensões fica mais elevada, além dos níveis que apenas uma adaptadora seria capaz de gerar.

Há somente um problema. Se a atenuação for demasiadamente elevada, será difícil distinguir entre uma colisão e atividades ruidosas. Este é um dos motivos pelo qual deve-se limitar os efeitos da atenuação, geralmente alcançados com a restrição do comprimento de cabos ou distância entre transmissores de difusão aérea.

Isto é absolutamente verdadeiro desde que o sinal colidido não atinja um repetidor, por exemplo. Um repetidor recondiciona o sinal e acaba eliminando os aumentos de intensidade no sinal. Por isso, os repetidores também devem reconhecer colisões, e no caso de detectá-las, transmitir um sinal de alerta adiante.

No caso de haver hubs nas subredes, a detecção de colisões é mais simples. Como todo tráfego da subrede passa pelo hub, qualquer detecção de que duas ou mais de suas portas apresentam atividade simultaneamente é indicativo de colisão. O próprio hub encarrega-se de enviar um sinal a todas as portas do ocorrido até que o sinais cessem completamente, ou seja, todos os dispositivos conectados (ou nós) percebam o que ocorreu.

Nos sistemas de RF ou de modulação de banda larga (várias portadoras e sinalização analógica)é um pouco mais complicado detectar colisões. A solução mais adotada é comparar o sinal transmitido com o recebido. O próprio sinal transmitido será recebido após algum atraso nos sistemas cabeados e simultaneamente nos sistemas de RF Sem dúvida é um desafio e tanto que requer bastantes estudos quanto à manifestação de ruídos e linha cruzada (crosstalking).

QUADRO ETHERNET

Um quadro Ethernet ou quadro 802.3 segue um determinado formato. Obviamente isto é necessário para que dispositivos diferentes possam reconhecer os dados codificados no sinal caso necessário.

O primeiro bloco, chamado comumente de preâmbulo ou bloco de sincronia inicial, codifica sete padrões "10101010. Como sugeri-do, ele presta a sincronizar o receptor. Empregando-se a codificação Manchester, este tipo de amostra permite calibrar os circuitos de recepção para os dados seguintes.

O seguinte, conhecido por SFD (Start Frame Delimiter - delimitador inicial do quadro) indica que os dados incomuns de cada quadro devem chegar em seguida. O padrão para o SFD é "10101011". Os campos anteriores também permitem verificar se o quadro pode estar danificado, mas não indica se ele está per-feito. É como um teste de paternidade por via sanguínea, ele só determina se uma pessoa não é a genitora.

Os campos seguintes, EDest e EFonte, muito importantes, determinam, respectivamente, o endereço do destinatário e do emissor. Ambos podem ter entre 2 e 6bytes (16 ou 48bits) segundo as especificações, mas em geral, são utilizados todos os 6bytes (MAC address).

Note que todos os dispositivos de uma rede devem seguir a mesma padronização neste aspecto. Estes endereços estão gravados em EEPROMs das placas adaptadores de rede, por exemplo. Os três primeiros bytes correspondem ao código do fabricante do dispositivo e os três últimos a um número de série. Dessa forma, é virtualmente impossível que dois dispositivos na mesma rede possuam a mesma identificação. Por exemplo, uma adaptadora da Encore pode ser especificada pelo endereço 00 E0 7B 78 F5 3F. O código 00 E0 7B é o da fabricante Encore. Vale notar, que um endereço de destinatário igual a FF FF FF FF FF FF segue para todos os dispositivos da rede, isto é, trata-se de uma mensagem de caráter global.

O bloco comprimento que possui 2bytes, indica o tamanho do campo seguinte, em bits, que é fornecido pelo protocolo LIC (Logical Link Control). Com 2bytes seria possível indicar que os dados LLC podem ter até 64KB, porém, não emprega-se mais do que 1500bytes.

O bloco DLLC (Dados do LLC) costuma ser o mais relevante, afinal os dados estão aí codificados, assim como informações importantes do protocolo empregado.

Os bytes reservados que vêm em seguida servem para completar o frame com dados irrelevantes caso o tamanho do pacote fique abaixo do necessário para a técnica de detecção de colisões.

Finalmente, o bloco FCS (Frame Check Sequence - sequência de certificação do quadro) é empregado para certificação e validação do quadro. O esquema permite uma clássica checagem de CRC (Cyclic Redundance Checking - verificação cíclica de redundância) com chave de 32bits (4bytes). O FCS não leva em consideração três dos blocos, ele próprio, os bits de sincronia e o SFD.

CAMADA FÍSICA

As redes Ethernet possuem uma série de especificações designadas por nomenclaturas como 10BaseS. Em geral, o formato da nomenclatura revela alguns aspectos: taxa em Mbps, tipo de sinalização, comprimento máximo entre nós em centenas de metros ou tipo de meio.

Por exemplo, o 10BaseS alcança 10Mbps, utiliza sinalização tipo baseband e permite que o segmento estenda-se por 500m. O 10Base-T é similar, mas permite alcance de 100m (não explícito no código) e emprega para trançado, daí o "T" - Twisted Pair. É preciso tomar cuidado para não levar a convenção muito à sério. Por exemplo, a 10Base2 não tem alcance de 200m entre nós, mas sim de 185m.

BASEBAND

O termo refere-se à sinalização digital que pode ocupar um extenso espectro de frequências. Como se sabe, a sinalização digital dispensa o emprego de uma portadora, e ao invés disso utiliza variações na tensão, podendo haver também ausência de sinal. Mesmo assim continua válida a técnica CSMA.

Por se tratar de sinalização digital pura, em frequências mais elevadas pode haver degradação excessiva dos sinais além do já mencionado problema de detecção de colisões. Com isso, as redes que empregam técnicas baseband possuem alcance mais limitado do que as broadband.

É interessante a possibilidade de comunicação bidirecional full-duplex. Teoricamente ela parece impossível com a técnica CSMA/CD, porém algumas adaptadoras mais recentes permitem tal facilidade na topologia em estrela. Tudo dependerá do hub também permitir este tipo de comunicação.

BROADBAND

Este tipo de sinalização é invariavelmente empregado com cabos coaxiais, mas também é uma técnica bastante comum quando o meio é do tipo aéreo. É notadamente aplicado nas TVs a cabo e em backbones de redes fisicamente extensas.

A sinalização broadband é tipicamente unidirecional. Isto mesmo, ela só flui para uma direção quando confinada em cabos. Isso, no entanto, não significa que apenas algumas estações sejam capazes de receber as transmissões de determinado dispositivo, pois há dois caminhos lógicos que o sinal segue e no fim das contas algumas estações poderiam receber o sinal duas vezes enquanto que outras apenas uma.

Há duas soluções. Uma delas adota dois cabos, um para transmissão até um dispositivo que retransmite o sinal por outro cabo. Também é possível empregar um único cabo, mas nesse caso o dispositivo terminador remodula o sinal para outra frequência e então o devolve ao cabo na direção oposta. O primeiro método é conhecido por dual-cable e o segundo por configuração split (separação).

Há muito mais sobre base e broadband para ser abordado, porém isto foge do escopo deste artigo.

Além do emprego do "T" para pares trançados, emprega-se ainda o "F" para cabos de fibra óptica.

SEGMENTO

A definição de um segmento de rede depende da topologia empregada. Nas topologias em estrela um segmento equivale a uma ligação ponto-a-ponto, isto é, uma ligação entre uma estação e o hub, por exemplo. Neste caso a ligação entre uma impressora de rede e um hub também pode ser considerada como um segmento.

Nas topologias em barramento (margarida), um segmento é um pouco diferente. As ligações entre máquinas não recebem nomes especiais, trata-se apenas de um trecho do barramento. O barramento inteiro é que é chamado de segmento.

NÓS

Há ainda uma outra definição importante, a definição do que é nó. Este termo é empregado para designar uma conexão entre um dispositivo e o meio de acesso, mas muitas vezes refere-se a uma estação também. Numa ligação ponto-a-ponto, há dois nós, um em cada extremo da conexão. Numa rede com topologia em barramento, um nó é considerado simplesmente a ligação de um dispositivo no barramento, daí confundir-se nó com uma estação. O termo pode ainda ser empregado, mais propriamente, para definir switches e similares (abordados em outro artigo desta edição), dispositivos que conectam subredes de uma rede. Neste caso, a coleção de nós é chamada de rede de comunicação, um termo um tanto genérico e de pouca significância.

MAU

Bastante comum nas redes de pequenos escritórios, os MAUs (Medium Attachment Units - unidades de anexação aos meios) ficam localizados nos pontos de conexão com os meios, usualmente em redes que empregam topologia em estrela ou barramento, cabos coaxiais ou então transmissores de RF. O 10Broad36 e o 10Base-T, este por meio dos hubs, empregam MAUs.

Um MAU, segundo a especificação 802.3, é algo como um adaptador ou transceptor, isto é, um dispositivo que condiciona os sinais entre o hardware presente numa estação e os meios de acesso. O MAU realiza funções como reconhecimento de colisões, presença de sinais no meio e obviamente recepção e transmissão de sinais. Note que o MAU fica fora da estação. Para conectar a estação ao MAU emprega-se um cabo especial chamado de AUI (Attachment Unit Interface). O AUI emprega STPs e conectores DB15.

Uma de suas versões, que utiliza condutores 20AWG pode estender-se por até 50m, enquanto que uma outra variação, disposta com 28AWG, alcança no máximo cerca de 15m.

O AUI básico requer apenas dois pares blindados, mas ele também pode transportar energia elétrica até o MAU, possivelmente para que ele consiga efetuar suas funções.

Note que os MAUs das redes Ethernet não são muito similares aos MAUs (Multistation Access Units) das redes Token Ring que na verdade são repetidores com funções especiais.

1BASE-T

O 1Base-T também é conhecido por 1 BaseS. Ele é pouco empregado já que as taxas alcançadas são muito baixas, limitadas em 1Mbps.

Sua grande vantagem é a possibilidade do emprego de cabos de par trançado de baixa qualidade. Na verdade o 1Base-T foi rapidamente substituído pelo 10Base-T.

A topologia adequada não poderia deixar de ser a estrela, já que se empregam pares trançados. Atualmente este padrão está praticamente fora de uso. As redes remanescentes talvez possam ser reconhecidas pela nomenclatura Star Lan, uma marca proprietária.

10BASE2

A primeira rede local definitivamente popular foi a baseada em 10Mbps Baseband 200m. Empregando cabos coaxiais finos e até certo ponto flexíveis, as thincoax ou thinnet como ficaram conhecidas no exterior brilharam por muitos anos.

Os cabos, com impedância de 508, identificáveis pelo código RG58/AU (Attachment Unit) são relativamente fáceis de manusear e oferecem excelentes condições para o transporte de sinais digitais permitindo que se alcance até 10Mbps (megabits por segundo).

Nessa configuração, o MAU está integrado na adaptadora de rede. O cabo segue de máquina para máquina respeitando a topologia em barramento.

Em cada ponta do barramento devem estar instalados terminadores, geralmente passivos, isto é, que não promovem ganhos ou manutenção de energia. Além disso, em cada adaptadora deve estar conectado uma passagem chamada de conector "T", assim chamada por lembrar a letra do alfabeto. É possível emendar o cabo empregando-se uma passagem para emendas, similar ao "T", mas sem a deriva central. Há quem empregue o "T" como emenda, mas isso pode provocar efeitos indesejáveis, principalmente quando o segmento é extenso e quando a quantidade de estações beiram o limite.

O comprimento máximo do segmento é de 185m, ou seja, o comprimento somado dos cabos não deve ultrapassar essa distância. O número de nós é limitado a 100. É prudente contar pelo menos cada duas emendas como nós, afinal haverá atenuação do sinal nessas regiões. Cada adaptadora acrescentada ao barramento aumenta a carga das outras (reduz a impedância do barramento) já que elas estão acopladas em paralelo (associação em paralelo reduz a impedância enquanto que o série aumenta). Isto implica em cada vez mais atenuação no sinal logo que ele é despachado de uma das adaptadoras já que a carga observada será tanto maior quanto maior a ocupação do barramento.

Note que é necessário respeitar uma distância mínima entre nós mantendo algo entre 0,5 e 1m. Isto é necessário para que nas piores situações, por exemplo entre nós vizinhos, o sinal transportado não seja demasiadamente elevado a ponto de indicar uma colisão, por exemplo.

10BASE5

A estrutura do 10Base5 é similar à do 10Base2, que na verdade foi baseado no primeiro. Aprovado pelo ANSI (American National Standards Institute) em 1985, ele também emprega cabos coaxiais com impedância de 5052, no entanto ele é bem diferente. Voltado para emprego em ambientes eletromagneticamente hostis, o cabo coaxial empregado é bem grosso, com blindagem reforçada e condutor interno de larga bitola. Esse cabo de exacerbado diâmetro é facilmente reconhecido por usa coloração amarelada e por marcações que delimitam zonas de corte e estabelecimento de estações.

Por haverem essas zonas de corte, espaçadas de 2,5 em 2,5m, o comprimento do cabo deve respeitar um múltiplo de 2,5m.

Apesar de todo reforço, o 10BaseS só possibilita taxas de 10Mbps assim como o 10Base2. A sua grande vantagem é permitir distâncias mais elevadas permitindo a criação de segmentos com até 500m de comprimento. Se o segmento pode ser mais longo, o mesmo não se pode dizer da quantidade de nós. Recomenda-se que eles fiquem restritos a apenas 30.

Atualmente o padrão 10Base5 é empregado apenas em backbones para conexão de subredes, evidentemente por possibilitar uma conexão de até 500m. Como o tráfego entre subredes costuma ser reduzido, as taxas de 10Mbps são suficientes. É ainda possível estender o barramento empregando-se repetidores através da associação de dois MAUs, por exemplo. Ao todo, até quatro repetidores podem ser empregados permitindo que o barramento alcance facilmente 2,5km, incluindo 5 segmentos de 500m.

Cada repetidor tem a função de repassar os sinais bidirecional-mente. Ainda é sua função decodificar e codificar os dados e elaborar um novo sinal limpo e regenerado. Apesar disso, um repetidor é totalmente transparente à camada MAC do protocolo, ou seja, uma única estação só poderá estar utilizando-o num dado intervalo de tempo, caso contrário haverá uma colisão.

Já que a 10BaseS utiliza sinalização baseband, não é de se assustar que a sinalização seja digital. Assim como o 10Base2, este padrão emprega a codificação Manchester.

10BASE-T

As redes 10Base-T juntamente com as redes de cabo coaxial fino são as mais utilizadas nas instalações de redes atuais. As placas adaptadoras de rede definitivamente estão voltando sua atenção apenas para os pares trançados (RJ-45) e deixando de lado a oferta de suporte para coaxiais (BNC). Assim a tendência é que as redes 10Base2 desapareçam definitivamente.

As redes 10Base-T empregam a topologia em estrela com um hub (repetidor de múltiplas portas) servindo de concentrador central. Cada estação é conectada ao hub por dois pares trançados numa ligação chamada de ponto-a-ponto. Os hubs podem ser dissecados em unidade repetidora e MAUs, uma para cada porta. Note que os hubs seguem exatamente o mesmo modelo de duas MAUs empregadas como repetidores nas redes 10Base ou 10Base2, com a diferença que uma MAU é como que conectada a todas as outras sempre que recebe sinais.

É possível associar hubs para ampliar a rede desde que se respeitem algumas regras. A associação de hubs, assim como a de repetidores, é totalmente transparente para a camada MAC dos protocolos Ethernet. Uma colisão é facilmente detectada por um hub, como já bem notado. Se duas ou mais de suas portas começarem a transmitir simultaneamente o hub envia um sinal de colisão a todas as portas. Se por acaso uma das portas recebe uma sinal de colisão proveniente muito possivelmente de um outro hub, ele é repetido para as demais.

Deve-se limitar o comprimento de cabos UTP que ligam os hubs em 5m ou então em 185m se a ligação for efetuada por coaxial. O tipo de cabo que conecta os hubs dependerá de um dos hubs já possuir ou não uma porta específica para essa operação. Caso ele não possua, o que é raro, é necessário empregar um cabo crossover (clique aqui para orientações sobre a montagem de um cabo crossover), senão um cabo direto comum é suficiente. Alguns hubs possuem uma chave para modificar o comportamento de uma das portas, condicionando-a de convencional para crossover o que permite o emprego do crossover ou direto, respectivamente. Em resumo, para associar hubs é necessário empregar um cabo crossover caso nenhuma das portas esteja especialmente preparada.

Alguns hubs possuem portas ópticas especiais que permitem estabelecer um enlace com um outro hub adequado por uma distância de até 500m.

Note que ambos os hubs alocam uma porta somente para fazer a ligação entre si. Se um hub possui 8 portas e for necessário conectá-lo a outro hub, então o de 8 portas contará apenas com 7 para conectar estações, mesmo que ele aparentemente possua 9 portas (9 conectores). É possível que uma dessas portas seja de uso exclusivo para cabos diretos (porta crossover).

Realmente não há grandes atrativos para montar uma 10Base-T ao invés de uma 10Base2. Os insumos para montar uma rede 10Base-T podem acabar saindo até mais custosos do que os necessários uma rede 10Base2. A 10Base-T requer um hub ou associação de tantas portas quanto o número de estações. As redes 10Base2, por outro lado, podem concentrar até 100 estações num único segmento e o melhor, só empregando cabos e conectores. Quanto maior o número de portas, maior o seu preço, o que pode pesar contra a relação de custo dos cabos UTP e coaxiais bem como conectores comparáveis em favor da 10Base2. Além disso, uma subrede 10Base-T pode alongar-se no máximo por 200m, pouco mais do que uma 10Base2.

Analisando-se friamente, a única vantagem de implementar-se uma 10Base-T é a possibilidade de expansão para uma 100BaseT desde que o cabeamento categoria 5 seja corretamente empregado. Até mesmo as adaptadoras 10/100Mbps já possuem um custo extremamente atraente podendo ser empregadas com o intuito de expansão futura. Se há algo ainda proibitivo para migrar para as redes de 100Mbps é o custo dos hubs, especialmente os que oferecem grande quantidade de portas.

Teoricamente é possível misturar segmentos 10Base-T, 10BaseS e 10Base2, afinal todos eles sinalizam em 10Mbps. Há repetidores especiais com MAUs adequados a determinado padrão em cada porção de conexão, mas em geral eles são caros e difíceis de serem encontrados. Novamente, assim como nos padrões anteriores, na 10Base-T, a sinalização é digital e elaborada com a codificação Manchester.

10BASE-F

As especificações 10Base-F referem-se ao padrão Ethernet para fibras ópticas.

A topologia física do 10Base-FP é novamente do tipo estrela, com um repetidor de múltiplas portas como concentrador. As distâncias alcançáveis são extremamente elevadas evidenciando seu principal atrativo. Além do longo alcance, um dos outros atrativos das fibras é a sua imunidade a ruídos eletromagnéticos, impossíveis de serem evitados em algumas edificações.

As estações são conectadas ao repetidor ou hub óptico por meio de duas fibras, uma para recepção e outra para emissão de sinais. Como nos métodos já apresentados, novamente a codificação segue o mode-1o Manchester, mas com variações de tensão substituídas por variações de luminosidade.

Evidentemente as fibras possuem um potencial muito maior para ficarem restritas em apenas 10Mbps, porém, os equipamentos auxiliares como adaptadoras e o repetidores para taxas maiores são mais custosos.

Ao todo há três padrões 10Base-F definidos. O 10Base-FP é de fato o único disponível para conexões de rede local, enquanto os outros dois destinam-se ao estabelecimento de conexões entre subredes ou segmentos.

O 10Base-FP está limitado a conectar apenas 33 estações por hub óptico, neste caso chamado de acoplador óptico passivo. Trata-se de dois blocos de fibras fundidas e acomodadas lado a lado. Um dos blocos une as fibras de transmissão e o outro as fibras de recepção. Se uma das fibras de transmissão aporta com um sinal, todas as de recepção acabam recebendo o sinal. Este tipo de hub é chamado de passivo por não operar em nada nos sinais a não ser redirecioná-los.

Os padrões 10Base-FB e FL está em questões de sincronia. O FB emprega retransmissão síncrona, isto é, o sinal recebido é temporariamente bloqueado e sincronizado novamente por meio de um mecanismo empregado nos repetidores. Já o FL não recondiciona o sinal e simplesmente o passa adiante. Sendo assim, o FB propicia um maior alcance e permite a inclusão de mais repetidores, por isso mesmo o seu emprego é recomendado para backbones.

10BROAD36

O padrão sugere cabos coaxiais com impedância de 7552, os mesmo empregados em TV a cabo. O alcance do segmento é de 1,8km com sinalização analógica que permite taxas de até 10Mbps. O 36 deve-se à possibilidade do emprego de 2 cabos, um para transmissão e outro somente para recepção, resultando num comprimento de 3,6km, porém com apenas 1,8km entre as estações mais distantes.

O 10Broad36 pode operar tanto no modo dual-cable quanto no split (duas frequências). Já o sinal é primeiro tratado num scrambler e depois modulado pelo método DPSK (Differential Phase-Shift Keying abordado nesta edição). No modo dual-cable, cada canal requer 14MHz de banda, mais 4MHz de banda dedicada à sinalização de colisão. Já no modo split é necessário uma banda total de 36MHz, ou seja, o dobro da requerida em cada cabo, completamente equivalente.

Note que o modo split pode requerer um cabo de melhor qualidade devido à necessidade de uma banda mais ampla.

O scrambler é um dispositivo que emprega um algoritmo que randomiza os dados aplicando-se uma transformação matemática aos dados introduzidos. Por exemplo, sequências muito repetitivas como 10101010 ou 1111000111 são eliminadas e convertidas para valores de natureza mais randômica. Isto é necessário para manter um certo balanceamento do sinal em termos de sincronia, especialmente importante para decodificação dos símbolos analógicos, ainda mais com a modulação DPSK que emprega diferença de fases. No receptor, o mesmo algoritmo é conhecido, permitindo que o sinal sofra o processo inverso (descrambler) e seja recuperado com total precisão.

O canal especial para sinalização de colisão é necessário porque a detecção de colisão é bastante delicada com a sinalização broadband. É difícil que uma estação a 1,8km da emissora consiga distinguir que houve uma colisão simplesmente por alteração do nível do sinal, por isso a estação transmissora é responsável por comparar o sinal enviado com o recebido. Se a colisão é detectada, é necessário um meio de sinalizar rapidamente, o que não pode ser feito pelo canal convencional, principalmente porque ele ainda pode estar ocupado.

100BASE-TX

O padrão 100Base-TX está bastante em voga ainda, apesar das redes Gigabit já começarem a despontar. A maioria das adaptadoras para redes Ethernet lançadas recentemente suportam o padrão

100Base-TX indicando uma boa receptividade por parte da indústria.

O 100Base-TX é muito similar ao 10Base-T. A topologia física e lógica da rede é idêntica, ou seja, topologia em estrela. Também são necessários apenas dois pares trançados não-blindados, porém eles devem ser pelo menos da categoria 5, feliz-mente, bastante comuns e fáceis de serem encontrados. Na impede que cabos STP sejam utilizados ao invés dos UTP, mas nem por isso as distâncias poderão ser diferentes.

A sinalização também é do tipo digital (baseband), mas ela não segue a Manchester e sim a NRZ (Non-Return to Zero explicado ainda nesta edição) até certo estágio da preparação do sinal. Depois dos dados estarem codificados em NRZ eles também passam por um scrambler e finalmente são codifica-dos pelo método MLT-3 (Multi-Level Transition de 3 níveis). Essa diferença nos sinais é marcante para que segmentos 10Base-T não consigam comunicar-se com segmentos 100Base-T. É também por isso que alguns dispositivos como adaptadores de rede ou hubs só operem em 10 ou 100Mbps e nem realizem o chaveamento automaticamente.

Assim como no 10Base-T, o comprimento de cada segmento continua restrito em 100m possibilitando que as duas máquinas mais distantes de uma mesma subrede fiquem afastadas por no máximo 200m. Aplicam-se as mesmas regras de associação de hubs já descritas para o padrão 10Base-T.

Algumas placas adaptadoras 100Base-TX, as mais populares para 100Mbps oferecem a capacidade de operar no modo bidirecional full. duplex, ou seja, dois sinais trafegando em sentidos opostos simultaneamente, algo como transmissão e recepção simultâneas. Como isso pode ser possível e ao mesmo tempo continuar válido o CSMA/CD? Na verdade não pode, especialmente porque a maioria dos hubs não suporta este tipo de operação. Estas adaptadoras devem ser condicionadas a operar no modo half-duplex para que o padrão 802.3 possa ser empregado.

Forçando-se comunicação full-duplex com o CSMA/CD é ironicamente decretar a falência da performance da rede já que as colisões ocorrerão frequentemente e paralisando todas o tráfego momentaneamente.

Para que uma rede Ethernet possa operar tanto em 10 quanto em 100Mbps é importante que o hub seja capaz de repetir dados nas duas taxas. Os hubs especificados apenas como 100Mbps não são capazes de operar em 10Mbps. O motivo já foi elucidado anteriormente. Note também que nas redes não há taxas em meio termo, ou tem-se 10Mbps ou 100Mbps. Numa rede de 10Mbps não é possível que a sinalização comporte 6Mbps, por exemplo. Esta até pode ser a taxa média, mas nunca uma medida instantânea.

100BASE-FX

Nada mais natural do que o desenvolvimento das fibras possibilitarem taxas de 100Mbps. Manter uma rede de fibras operando apenas em 10Mbps só mesmo quando o custo for essencial e a distância realmente for o fator mais crucial. Infelizmente o alcance das redes FX não é tão elevado quanto o das redes 10Base-F. Elas estão especificadas para apresentar segmentos de apenas 200m o que as tornam muito pouco atrativas quando comparadas com o quilômetro que as 10Base-F propiciam.

Com fibras as taxas de 100Mbps podem ser facilmente alcançadas. A estrutura básica de uma rede 10Base-F pode ser mantida, havendo necessidade de adequação das adaptadoras e dos hubs ópticos. Também é necessário 1 par de fibras, um dos integrantes para transmissão e outro para recepção.

O método de sinalização é o NRZI adaptado para pulsos luminosos. A adaptação é bastante simples já que a sinalização é digital. Acender e apagar o emissor é missão bastante fácil para os circuitos de controle, só é necessário que eles suportem as frequências exigidas e que o emissor responda também com frequência elevada.

100BASE-T4

O padrão T4 foi projetado para suportar taxas de sinalização de 100Mbps em cabos de baixa qualidade como os UTP CAT3. Uma das diferenças em relação aos outros é que todos os quatro pares dos cabos são utilizados.

Os quatro pares são separados em dois grupos, de transmissão e de recepção. Os pares chamados de D1, D3 e D4 são utilizados para transmitir sinais, enquanto que os pares D2 e novamente D3 e D4 são utilizados para receber sinais. Os pares D3 e D4 são ditos bidirecionais, mas tradicionalmente half-duplex. O par D2 também é utilizado para sinalizar colisões. A figura 7 mostra as conexões num cabo T4. Por compatibilidade, ele é exatamente igual a um T568B com quatro pares. O cabo cross também é idêntico a um especificado para dispositivos que aderem ao 568B.

As adaptadoras e hubs precisam ser adequados ao T4. É praticamente impossível encontrar dispositivos adequados ao T4, mas sob encomenda será possível consegui-los. Ao menos no Brasil, a presença de cabos CAT5 é uma constante.

Quando da introdução das redes cabeadas com UTP, os cabos CAT5 já eram uma constante. Definitivamente este é um padrão que não deve ser encontrado facilmente.

Uma mistura de codificação NRZ e MLT-3 (sinalização ternária) é empregada para despachar os sinais digitais nas linhas T4.

FULL-DUPLEX

Quem compreendeu bem como funciona o MAC das redes Ethernet convencionais deve estranhar quando adaptadoras de rede e especificações começam a mencionar o termo full-duplex. Full-duplex imediatamente remete à idéia de dois sinais podendo trafegar simultaneamente e em sentidos opostos num mesmo meio, ou seja, transmissão e recepção ao mesmo tempo. Por natureza, o MAC CSMA/CD só permite comunicação bidirecional half-duplex. Quando infelizmente ocorre uma comunicação do tipo full-duplex ou então duas sinalizações de mesma natureza (transmissão ou recepção) simultaneamente, deve ocorrer uma colisão, uma das mais determinantes características do CSMA/CD.

O MAC deve ser totalmente diferente para possibilitar "colisões", por isso os hubs tradicionais não são capazes de admitir esse tipo de sinalização. Mais adequados são os switches, muitos dos quais permitem comunicação full-duplex como bem ilustra o artigo desta edição.

Se a comunicação realmente puder ocorrer em modo full e ainda com a aplicação de um switch, deverá haver um perceptível incremento na performance da rede afetada. Em teoria, a comunicação full deve permitir taxas combinadas de 200Mbps, porém, longe do incremento que há de 10 para 100Mbps, afinal num único sentido a limitação continua em 100Mbps.

10/100MBPS

Mas como as placas, hubs, switches e roteadores, por exemplo, são capazes de descobrir se o segmento da rede está operando em 10 ou 100Mbps? Os dispositivos compatíveis com o 100Base-T enviam, em períodos de ociosidade um sinal global indicando quais são as suas características. Isto é útil para que hubs 10/100 Mbps ou mesmo outras placas adaptadoras descubram qual o método mais eficiente de sinalização que pode ser estabelecido.

Para os dispositivos puramente 10 ou 100Mbps este sinal não representa nada além da sinalização de manutenção das redes Ethernet. Desta forma não há problemas de compatibilidade.