Com o lançamento do padrão 1000BASE-T, em 1999, os membros do grupo de trabalho 802.3 ficaram livres para iniciar os trabalhos no padrão seguinte. Mantendo a tradição, decidiram desenvolver um padrão capaz de atingir taxas de transferência 10 vezes maiores que o anterior, dando origem ao 10 Gigabit Ethernet (10GbE), que transmite a espantosos 10 gigabits por segundo.
Aumentar por 10 a taxa de transferência a cada novo padrão de rede pode parecer um exagero, mas como a migração para novos padrões de redes é bem mais lenta do que para novos processadores ou novas tecnologias de memória, por exemplo, passos maiores acabam sendo necessários, caso contrário poucos se dariam o trabalho de atualizar os equipamentos.
Como previsto na célebre lei de Moore, o poder de processamento dos processadores e controladores em geral dobra em média a cada 18 meses, sendo que o custo continua mais ou menos constante. Com isso, em um período de 54 meses temos controladores 8 vezes mais rápidos, e assim por diante, o que torna a tarefa de desenvolver novos padrões de rede relativamente simples.
O maior problema é que o cabeamento não evolui na mesma velocidade dos controladores, o que obriga o comitê a levar os cabos popularmente usados até o limite antes de jogar a toalha e migrar para um padrão de cabos mais caros e de melhor qualidade.
Um exemplo disso são os cabos de par trançado categoria 5, que foram originalmente desenvolvidos para o uso em redes de 100 megabits, mas que acabaram tendo sua vida útil estendida com o padrão 1000BASE-T graças à adoção de um sistema mais sofisticado de modulação e ao uso dos quatro pares do cabo.
Assim como no Gigabit Ethernet, o desenvolvimento do 10 Gigabit Ethernet começou nos cabos de fibra óptica, que oferecem um desafio técnico menor, com o padrão para cabos com fios de cobre sendo finalizado por último. Muitos julgavam que seria impossível criar um padrão 10GbE para cabos de par trançado (afinal, estamos falando de uma taxa de transmissão 1000 vezes maior que a do padrão 10BASE-T original), mas no final acabaram milagrosamente conseguindo. Graças a isso, temos novamente a convivência entre os padrões para fibra e os padrões para cabos de cobre.
Os padrões 10GbE para cabos de fibra óptica se dividem em duas categorias: os padrões de longa distância, que utilizam cabos de fibra monomodo e os padrões de curta distância, que utilizam cabos de fibra multimodo e transmissores mais baratos.
O objetivo dos padrões de longa distância 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.
Suponha, por exemplo, que você precise interligar 5.000 PCs, divididos entre a universidade, o parque industrial e a prefeitura de uma grande cidade. Você poderia utilizar um backbone 10 Gigabit Ethernet para os backbones principais, unindo os servidores dentro dos três blocos e ligando-os à Internet, usar uma malha de switchs Gigabit Ethernet gerenciáveis para levar a rede até as salas de aula e departamentos e, finalmente, usar switchs baratos para levar a rede aos alunos e funcionários, complementando com pontos de acesso 802.11b/g/n para oferecer também uma opção de rede sem fio.
Isso estabelece uma pirâmide, onde os usuários individuais possuem conexões relativamente lentas, 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 10GbE, um único cabo de fibra óptica transmite o equivalente a mais de 600 linhas T1 (de 1.5 megabits cada), ou seja, com um único link 10GbE temos banda suficiente para atender a uma cidade de médio porte.
Entre os padrões de longa distância temos o 10GBASE-LR (Long Range) que utiliza laseres de 1310 nm e oferece um alcance de até 10 km (com a possibilidade de atingir distâncias maiores utilizando cabos de alta qualidade), o 10GBASE-ER (Extended Range), que utiliza laseres de 1550 nm e é capaz de cobrir distâncias de até 40 km e o novo 10GBASE-ZR, desenvolvido de forma independente pela Cisco e outros fabricantes, que estende o alcance máximo para incríveis 80 km.
Nos três casos, a distância máxima pode ser estendida usando amplificadores de sinal e repetidores, de forma o que o link pode ser estendido a distâncias muito grandes, criando backbones e interligando redes.
Em seguida temos os padrões de curta distância, destinados ao uso em datacenters e em redes locais. Como citei, eles são baseados em fibras multimodo, que ao contrário das fibras monomodo usadas nos padrões de longa distância, são bastante acessíveis.
Atualmente temos apenas dois padrões: o 10GBASE-SR (Short Rage) utiliza a tecnologia short-wave laser, similar à utilizada no 1000BASE-SX e é capaz de atingir até 300 metros, dependendo da qualidade do cabo usado, enquanto o 10GBASE-LRM permite o uso de fibras com núcleo de 62.5 microns, um tipo de fibra de baixa qualidade, tipicamente usadas em redes 100BASE-FX. Quando usadas no 10GBASE-SR, estas fibras suportam distâncias muito curtas (até 26 metros), mas no 10GBASE-LRM elas suportam até 220 metros, daí a sigla LRM, de "Long Reach Multimode".
 |
| Placa 10GBASE-SR em versão PCI-X |
Tradicionalmente, o mais comum é que os padrões de fibra óptica de curta distância sejam usados para criar backbones, interligando os switchs e roteadores em diferentes segmentos da rede, enquanto os padrões para cabos de cobre, sejam usados nos pontos individuais.
Assim como fez no Gigabit Ethernet, o grupo de trabalho começou desenvolvendo um padrão para cabos de cobre de curta distância para uso em datacenters. Surgiu então o 10GBASE-CX4, que utiliza quatro pares de cabos twinax para transmitir dados a até 15 metros. Os cabos 10GBASE-CX4 utilizam um conector especial, similar ao utilizado no InfiniBand, uma tecnologia de rede utilizada em clusters e SANs. Não é possível crimpar manualmente os cabos CX4; eles são comprados já no comprimento desejado. Aqui temos uma placa PCI-Express x8 e o detalhe do conector:
O 10GBASE-CX4 é um padrão mais barato que os baseados em cabos de fibra, já que não é necessário usar o transceiver (um componente bastante caro, que contém os transmissores e receptores ópticos). Mas, como era de se esperar, ele entrou em desuso com a popularização do padrão 10GBASE-T (ou 802.3an), que é o padrão baseado em cabos de par trançado.
Inicialmente, falou-se no uso de cabos categoria 7 combinados com conectores TERA e no possível suporte a cabos de categoria 5a no padrão 10GBASE-T, mas ambas as ideias acabaram sendo descartadas em favor dos cabos categoria 6 e categoria 6A.
Usar cabos categoria 5e no 10GbE não seria impossível, mas exigiria um sistema de modulação muito complexo, que encareceria excessivamente as placas e os switchs. Além disso, a distância seria muito curta (possivelmente algo próximo dos 15 metros do 10GBASE-CX4), o que acabaria com a utilidade prática do padrão.
Embora os cabos cat 6A já sejam bastante acessíveis, temos uma enorme base instalada de pontos com cabos cat 5 ou cat 5e, que representam uma grande barreira à popularização das redes 10 gigabit. Diferente de uma rede doméstica, onde você pode substituir os cabos com uma certa facilidade, redes empresariais demandam um investimento considerável em planejamento, cabeamento e certificação dos pontos, por isso qualquer tecnologia que demande a substituição do cabeamento enfrente uma grande resistência. Muitos ainda estão fazendo a migração dos 100 para os 1000 megabits, por isso a adoção em massa das redes de 10 gigabits ainda pode demorar meia década ou mais.
Para entender a dificuldade em criar um padrão 10GbE para cabos cat 5e, nada melhor do que entender um pouco melhor como o 10GBASE-T funciona.
No 1000BASE-T é usado o sistema PAM-5 de modulação, onde 5 sinais distintos são usados para transmitir 2 bits por baud (combinados com informações de controle). Com isso, os 1000 megabits são transmitidos em apenas 500 megabauds, ou seja, 125 megabauds em cada um dos 4 pares de cabos.
O 10GBASE-T adota um sistema de modulação bem mais complexo, o PAM-16 que, como o nome sugere, é baseado no uso de 16 sinais distintos em cada par, cada um representado por um nível de tensão diferente. Para efeito de comparação, no 100BASE-TX existe uma diferença de 1V entre cada nível, no 1000BASE-T a diferença cai para apenas 0.5V e no 10GBASE-T cai para apenas 0.13V, o que torna a questão do cabeamento progressivamente mais crítica:
Originalmente, 16 estados permitiriam o envio de 4 bits por baud, por par. Mas, como de praxe, é necessário enviar também informações de controle, de forma que são transmitidos o equivalente a 3.125 bits por baud (3 bits e mais um bit adicional a cada 8 bauds), o que permite que os 10.000 megabits sejam transmitidos em apenas 3200 megabauds. Como os 4 pares de cabos são usados simultaneamente, temos então 800 megabauds por par de cabos.
Assim como no 1000BASE-T, cada baud demora apenas meio ciclo para ser transmitido, o que reduz a frequência de transmissão. Mesmo assim, os 800 megabauds resultam em uma frequência de 400 MHz, muito além dos 100 MHz suportados pelos cabos cat 5.
Os próximos da lista são os cabos de categoria 6, que suportam frequências de até 250 MHz e são construídos dentro de normas muito mais estritas com relação à atenuação do sinal e ao crosstalk. Apesar da frequência ser mais baixa que o exigido, foi possível incluir suporte a eles dentro do padrão, mas apenas para distâncias curtas, de apenas 55 metros.
Isso acontece porque a frequência suportada pelo cabo não é um valor exato, mas sim a frequência para a qual ele é certificado para transmissão a 100 metros. Um cabo cat 5 poderia transportar sinais a mais de 100 MHz, mas a atenuação faria com que eles não chegassem ao final dos 100 metros com uma qualidade aceitável.
Reduzindo o comprimento do cabo, reduzimos a atenuação, o que permite que os cabos suportem a transmissão de sinais de frequência mais alta, mas apenas a distâncias curtas. No caso dos cabos cat 6, foi comprovado que eles são capazes de transmitir os sinais de 400 MHz do 10GBASE-T, mas apenas a até 55 metros, daí a especificação.
Na prática, alguns cabos cat 5e que excedem a especificação também suportam a frequência de 400 MHz em distâncias mais curtas. Se você tiver sorte, pode ter sucesso usando um cabo de 10 ou 20 metros, por exemplo. Entretanto, padrões precisam funcionar "sempre" e não "às vezes" e justamente por isso os cat 5e foram removidos da especificação final.
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.
Embora ainda sejam mais caros, os cabos cat 6A tendem a cair de preço conforme a tecnologia for se popularizando, permitindo uma migração gradual. A partir do momento em que a diferença de preço não for um impedimento, vale à pena passar a utilizar cabos categoria 6A em todas as novas instalações, mesmo nas destinadas a redes de 100 e 1000 megabits, já que o padrão superexcede o padrão cat5e e o cat6, atendendo a todos os requisitos que eles e oferecendo a vantagem de permitir a migração para os 10 gigabits quando desejado.
Apesar de o gigabit ethernet já ser o padrão em novas placas-mãe a algum tempo, sem falar na grande oferta de placas avulsas, ainda existe uma enorme base instalada de pontos de 100 megabits, que continuarão sendo usados por muito tempo.
Como hoje em dia a maioria dos pontos é usado basicamente apenas para acesso à web e/ou compartilhamento básico de arquivos e impressoras, mesmo uma porta de 100 megabits acaba sendo mais do que suficiente, já que os aproximadamente 8 MB/s de taxa efetiva de transmissão são suficientes para copiar pequenos arquivos e o grande gargalo no acesso à web é a velocidade do link de acesso e não da rede local. Tendo isso em mente, não é de se esperar que o 10GbE se popularize muito rapidamente em redes locais, muito embora o custo das placas 10GBASE-T e dos cabos cat 6A venha caindo.
Em 2008, uma placa 10GBASE-T custava acima de 1000 dólares e consumia acima de 25 watts. Em 2011, já existe uma grande oferta de placas PCIe para servidores abaixo da casa dos 500 dólares e os chipsets mais recentes, produzidos usando a técnica de 40 nm já oferecem um consumo na casa dos 4 watts. Tipicamente, placas 10GBASE-T utilizam um slot PCI Express x8, já que qualquer coisa baixo disso serviria como uma gargalo para a interface, como neste modelo da SolarFlare:
Apesar disso, ainda vai demorar até que sejam desenvolvidos controladores 10GbE compactos e baratos o suficiente para serem integrados às placas-mães para PCs domésticos, como no caso dos chips Gigabit Ethernet, e é seguro dizer que a adoção entre os usuários domésticos só vai começar quando estas placas com controladores 10GbE integrados estiverem disponíveis em volume.
A médio prazo, as redes locais continuarão sendo baseadas em interfaces de 100 e 1000 megabits e o 10GbE passará a ser utilizado para interligar os switchs da rede, evitando o gargalo causado pelo uso de um único link gigabit para interligar switchs com 24 ou 48 clientes cada um. Só bem adiante é que devemos assistir à popularização do 10GbE nos desktops, possivelmente bem depois que o padrão de 100 gigabits já estiver em fase de implantação nos backbones e servidores.
O 10GbE representa também o fim dos hubs, dos repetidores e dos links half-duplex, que foram substituídos pelo uso exclusivo de links full-duplex ponto a ponto, entre as estações, switchs e roteadores da rede. Com isso, deixa de ser usado também o CSMA/CD, o sistema de detecção de colisões que é utilizado desde os primeiros padrões Ethernet.
Embora você ainda possa ligar vários switchs em cascata, com cabos cat 6A de 100 metros cada um para obter distâncias maiores, a ideia é que você utilize um dos padrões de cabos de fibra óptica quando precisar atingir distâncias maiores. Com os 10 km oferecidos pelo 10GBASE-LR e os 40 km oferecidos pelo 10GBASE-ER, cobrir grandes distâncias deixou de ser um problema.
Fonte: Guia do Hardware
0 comentários:
Postar um comentário