Padronização do Cabeamento 10GBase

5/14/2018 Padronização do Cabeamento 10GBase - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/padronizacao-do-cabeamento-10gbase 1/20

Seção: Tutoriais Banda Larga

Gigabit Ethernet sobre Cobre

Este tutorial apresenta a tecnologia Gbit Ethernet sobre cobre, suas característicase 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 Internetdesde 2000.

Como Engenheiro de Telecomunicações integrou e liderou a equipe queestruturou o backbone IP da Pegasus Telecom, posteriormente ampliado eindexado ao Backbone IP nacional da Telemar, pela integração com a equipe deRMS-Telemar como Especialista em Telecomunicações.

Atualmente trabalha como Administrador de Redes em provedor de Internet(Universo On Line – UOL). Mestrando em Engenharia da Computação comespecialidade em Redes de Computadores no IPT - SP (Instituto de PesquisasTecnológicas).

Categoria: Banda Larga

Nível: Introdutório Enfoque: Técnico

Duração: 15 minutos Publicado em: 18/07/2005

Gbit Ethernet sobre Cobre: O que é?

Existe uma grande probabilidade de que com os próximos avanços, experiências emateriais, o padrão 10G Base-Tseja bem difundido nas redes locais.

http://www.teleco.com.br/colaborador/robson_velasco.asp






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 aindamaiores. Nos backbones, edifícios e grandes anéis metropolitanos (MAN - Metropolitan Area Network ) já existem conexões a esta taxa (10 Gbit/s) utilizandofibra óptica.

No entanto, nos Data Centers, escritórios e redes locais bem capilarizadas, autilização dos pares metálicos de cobre ainda é a mais difundida (legado), e porisso 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 deredes, suas vantagens e possíveis problemas.

Histórico

Como um pré-requisito para todos os profissionais da área de tecnologia, asinterligações entre sistemas e serviços-servidores, foi o principal motivo para acriação 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 detecnologia (Digital, Intel e Xerox), foi um dos primeiros padrões que se difundiupelas 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 doIEEE, formando e padronizando a família hojeconhecida 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 menoresdistâncias, 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, aindaassim, para as mesmas distâncias, necessitava de soluções para os problemas de

compatibilidade eletromagnética e requeria uma qualidade melhor. Estesproblemas 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 mesmocabeamento, 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 cabeamentoestruturado de pares metálicos tornou-se inviável e inseguro. Isto foi o queincentivou o desenvolvimento e a utilização da transmissão de dados através defibras ópticas (100Base-F) para a tecnologia das LAN's, focando principalmente narelação custo-benefício.

A demanda de informação, tanto pela melhoria e complexibilidade das aplicaçõese sistemas que necessitavam de maior comunicação e tráfego de dados, quantopela constatação de que "quanto mais se tem, mais se quer", levou ao aumento debanda entre servidores e uplinks de switchs. Adicionalmente, o cascateamentoentre pilhas de equipamentos foi o que impulsionou o aumento excessivo notráfego de rede.

Os gargalos, assim chamados, estavam nas limitações entre as redes e osservidores de maior demanda (e-mail, 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 entãoque, 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 sidopadronizada em 1998. Entretanto, o CAT-5(categoria cinco), especificação epadrão de cabeamento já adotado para os outros padrões Ethernet (802.3,802.3u, etc) há muito tempo e largamente utilizado, havia sido adotado apenasrecentemente pela tecnologia emergente doGigabit Ethernet .

Desta forma, o problema que os administradores e gerentes das equipes eserviços de redes estavam se preparando para enfrentar, que era a re-estruturação ou a troca de toda infra-estrutura de cabeamento para o padrãoóptico, foi eliminado pois ficou possível e provado, não só em ambienteexperimental, o tráfego de dados na taxa de 1000 Mbit/s ( 1G Base-T ),colaborando então com sua padronização e sua difusão. Não impedindo amelhoria 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 queas aplicações voltadas para o comércio eletrônico (e-commerce), jogos e serviçospúblicos pela Internet, aplicações de tempo real (voz, vídeo, multimídia)demandam também o aumento da banda. Este é um dos fatores pelos quaiso Gigabit Ethernet ainda encontra-se em estudo e, em especial neste tutorial, atendência para o estudo do padrão 10 Gigabit Ethernet .



Figura 1: Tendência de velocidade em desktops. Fonte: www.Intel.com/networks.

No entanto, o problema e/ou solução a ser discutivo adiante é "como" estavelocidade será possível no cabeamento estruturado legado atual. As dificuldadesdesta pesquisa existem, por vários motivos: adaptações, compatibilidadeeletromagnética (alien crosstalk ), interfaces e equipamentos da rede (switchs),entre outros. Por outro lado, as vantagens, tais como o custo e o cabeamentopronto e largamente difundido, concorrem para que o estudo se aprofunde nosentido de viabilizar a nova tecnologia.

Gbit Ethernet sobre Cobre: 1000 (1G) Base-T

Não se pode apresentar o 10G Base-T sem antes apresentar resumidamente o seuprecursor, o 1000 Base-T ou 1G Base-T. As primeiras conexões em Gigabit

Ethernet (1998) utilizavam a fibra óptica como meio de transmissão e forampadronizadas através da recomendação IEEE 802.3z.

Este novo padrão aliviou as redes que estavam com gargalos nas conexões entreservidores 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 paresmetálicos (CAT-5) relutavam em colocar como prioridade a melhoria de tráfego evelocidade em suas redes congestionadas usando o novo padrão, mesmopensando na total substituição dos cabos metálicos por cabos de fibra óptica.

Em 1999, o IEEE conseguiu estabelecer um padrão utilizando cabos de paresmetálicos (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.

http://www.intel.com/networks






Uma vantagem bastante interessante para implantar uma rede com o novopadrão no cabeamento existente é que não haveriam grandes intervenções físicas,pois seriam utilizados os mesmos cabos e conectores, ou mesmo intervençõeslógicas profundas.

Para o mesmo sistema e equipamentos, os pacotes teriam o mesmo MTU (no casodas conexões em modo full-duplex, que se tornariam a maioria, com a largautilização de switches) variando entre 64 e 1514 bytes, como no clássico padrãoEthernet .

A figura a seguir apresenta a estrutura em camadas dos padrões Gigabit Ethernet .

Figura 2: A padronização Gigabit Ethernet. Fonte: www.Intel.com/network.

Principais Características

Codificação

Como trabalharia o padrão 1000 Base-T utilizando o mesmo cabo UTP do padrão100 Base-T? A resposta é simples: utilizando os quatros pares metálicos existentesno cabo UTP. Assim sendo, cada par trabalharia na mesma freqüência do single-

pair FastEthernet,ou seja 125 MBauds, através da um poderoso recurso decodificação denominadoPAM (Pulse Amplitude Modulation ), que no caso dopadrão 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.

http://www.intel.com/network






Mas se são utilizados 2 bits para formar 250 Bauds, porque 5 níveis? Utiliza-se o 5ºNível para fins de controle, uma vez que quatro níveis são utilizados paraacrescentar os bits adicionais aos quadros, e formatar o padrão também em 1000Mbit/s.

Comprimento do Cabo UTP

Para o padrão 1000 Base-T o comprimento máximo do cabo é de 100 metros, emuma rede comutada, com 200 metros de raio (com switch central).

Comunicação

O padrão 1000 Base-T utiliza a comunicação full-duplex e suporta acomunicação half-duplex , para compatibilidade com o legado de rede.

A comunicação half-duplex utiliza o protocolo CSMA/CD. Devido ao tamanho dopacote de dados do protocolo e a taxa de 1 Gbit/s da rede, o tempo detransmissão desses pacotes de dados era menor que o tempo de detecção decolisão na nova rede (pois aumentava a taxa de transmissão em 10 vezes), o quelimitava 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 atécnica 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 oureconhecimento 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 umaestação rodando com taxa de 10 Mbit/s ou 100 Mbit/s e outra com taxa de 1000Mbit/s até o último frame desse burst .

Já a comunicação full-duplex, que não utiliza o CSMA/CD, virtualmente duplica abanda disponível (1G Tx + 1G Rx = 2Gbit/s).

Taxa de Erro

A confiabilidade da rede, medida pela taxa de erro, atende o mesmo padrãoestabelecido para o Fast Ethernet , ou seja, um bit errado em dez milhões (BER = 1x 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 transmissãode dados sobre os pares metálicos.

Cabeamento (UTP - Cobre)



Os problemas que já eram encontrados nos antigos padrões 10/100 Base-T, taiscomo 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-sefora dos padrões considerados resistentes a estas interferências diretas datransmissão.

Desta forma, o padrão de cabeamento CAT-5 melhorado, denominado CAT-

5e (enhanced ), tornou-se um pré requisito para as novas instalações queutilizavam a transmissão Gigabit Ethernet sobre cobre. O ganho de sinal torna-serelevante, além de minimizar os problemas de compatibilidade magnética

considerados anteriormente.

Como conseqüência, estes mesmos pré requsitos e padrões aplicar-se-ão tambémàs redes 10G Base-T.

Gbit Ethernet sobre Cobre: 10G Base-T

No padrão 10 Gigabit Ethernet, definido pela recomendação IEEE 802.3an, alargura de banda pode ser escalada de 1 até 10 Gbit/s sem sacrificar nenhum dosserviços 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 políticaprévia que altera o roteamento desta rede. Esses serviços podem ser entregues auma taxa de 10 Gbit/s em uma rede Ethernet e podem suportar quase todas asinfra-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, diferenteneste sentido dos modos Gigabit e Fast Ethernet que suportam os dois modos

(half - CSMA/CD - e full-duplex). O grande trunfo desse padrão é poderimplementar LAN, MAN e WAN (internetworking) e, além disso, suportar atecnologia 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 trêsvezes maior. A figura a seguir ilustra um exemplo de utilização do novo padrão emuma rede metropolitana.



Figura 3: Exemplo de Utilização da tecnologia 10G BaseT. Fonte: Cisco Systems.

Princípio de Funcionamento

Para suportar distâncias entre 50 e 100 m, os projetistas dopadrão 802.3an desenvolveram uma nova entidade, na camada física (PHY), quefaz a interface entre as já existentes camadas de controle de acesso ao meio

(MAC) e aGigabit Media Independente Interface (XGMII) do modelo IEEE. Essanova entidade possui a funcionalidade de transmitir, receber e gerenciar sinaiscodificados 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).



Figura 4: 10 Gigabit Ethernet. Fonte: Fusion Network.

1. A camada Media Access Control (MAC) 802.3 10G e a Gigabit Media

Independent Interface (XGMII), desenvolvidas para 10 Gigabit operandosobre fibra, são as mesmas utilizadas para entregar pacotes para aentidade 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 sobreos quatro pares trançados de fios de cobre do cabo.

3. O canal de transmissão (Channel) inclui os conectores, o cabo eos 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 PHYpara serem processados e entregues como pacotes recebidos.

Arquitetura

A figura a seguir mostra a arquitetura do padrão 10 Gigabit Ethernet comparadoao modelo OSI.

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 eMEDIUM).

A entidade Media Independent Interface (XGMII ou 10GMII) fornece uma interfacepadrão 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 (fibraóptica ou cabo coaxial, por exemplo).

A sub-camada Physical Coding Sublayer (PCS) é responsável pela codificação edecodificação do fluxo de e para a camada MAC.

A sub-camada Physical Medium Attachment (PMA) é responsável pela serializaçãodos grupos de código em fluxo de bits (e vice-e-versa) utilizados em equipamentosorientados a transmissão de bits seriais. A sincronização é efetuada para prover adecodificação nesta sub-camada.

A sub-camada Physical Médium Dependent (PMD) é responsável pela transmissãodo sinal. A funcionalidades típicas desta sub-camada incluem amplificação,modulação e o modelamento da onda (wave shaping). Diferentes equipamentosPMD suportam diferentes mídias.

A sub-camada Wan Interface Sublayer (WIS) fornece uma inter-operabilidadeentre as tecnologias 10 Gigabit Ethernet eSonet/SDH. Esta sub-camada suporta oenquadramento 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 9.85Gbit/s, utilizadas na tecnologiaSonet/SDH (padrão OC-192, Optical Carrier ), umapausa na transmissão dos dados, por um período apropriado de tempo, éefetuada. Para fornecer um fluxo de controle ou uma adaptação desta taxa detransmissão, duas técnicas são utilizadas.

A primeira técnica, chamada de word-by-word, consiste em pausas que sãoimplementadas pela camada MAC na transmissão das palavras de 32 bits por umperíodo pré-especificado até a requisição por mais dados efetuada pela camadafísica. 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. Ospadrões PAM8 e PAM12 estão sendo discutidos, porém ainda não existe umconsenso em relação ao método a ser utilizado. Segundo o IEEE, acodificação 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 bandade 825 Msímbolos/segundo, o que é uma vantagem, mas tem 12 (doze) níveis detensão e a identificação desses níveis, levando em conta os possíveis ruídosexistentes, fica mais afetada no receptor. A figura a seguir mostra a arquitetura do

padrão 802.3an.

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 próprioMDI (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 , compostoprincipalmente do elemento XGXS ( XGMII Extender Sublayer ). Este elementopossui as seguintes funções:

utiliza a codificação 8B/10B (a cada 8 bits recebido das camadassuperiores, 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.

A figura a seguir mostra um exemplo de implementação XGXS.

Figura 8: Exemplo de Implementação XGXS. Fonte: 802.3 IEEE Task Force - XGXS Proposa.

Gigabit Media Independent Interface (10GMII)

Corresponde à uma interface entre a camada MAC e a camada física. Essainterface habilita o suporte, para a camada MAC, de várias tecnologias da camadafísica. 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 detransmissão e recepção, cada um com 4 bits de controle (um por byte). Os bits decontole (Control Bits) são definidos como "1", para caracteres especiais edelimitadores, e como "0", para dados. Os caracteres especiais e delimitadoressão:

IDLE: utilizado na sinalização durante o inter-packet gap e quando não hádado 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 necessário introduzir uma sinalização de erro nosinal a ser transmitido.

Formato do Quadro MAC

O objetivo principal no desenvolvimento do padrão 10 Gigabit Ethernet é o deutilizar 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 redesEthernet existentes.

Não há a necessidade de fragmentação, remontagem e tradução de endereços, oque implica em um switching de pacotes rápido. Como a operação é só emmodo full duplex , portanto a distância do link não afeta o tamanho do quadroMAC (pois não há necessidade em detectar colisões). O tamanho mínimo para oquadro MAC é o mesmo especificado para os outros padrões Ethernet, ou seja, 64Bytes.



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 10101011 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 a1536, em decimal, ele representa o tipo de protocolo MAC do cliente;

Data and Padding: o campo Padding é opcional e só é necessário quando otamanho do pacote for inferior a 38 octetos; é utilizado para garantir otamanho mínimo de 64 bytes do quadro;

Frame Cecking Sequence (FCS): este campo contém um controle de errochamado CRC (Cyclic Redundancy Check ) que considera todos os camposdo 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 seremutilizados no padrão 10 Gigabit Ethernet. A sigla SER corresponde a soft error rate.

Tabela 1: Comparação entre os métodos de Codificação.

40 dB SIR Comentários

625 M Simbolos/s

PAM-16625 Msim/s x 4 bit/sim = 2,5

Gbit/s2,5 Gbit/s x 4 linhas = 10

Gbit/s

SER: 1,08 x 10**-3

833 M Simbolos/s

PAM-8833 Msim/s x 3 bit/sim = 2,5Gbit/s

SER: 7,8 x 10**-6



2,5 Gbit/s x 4 linhas = 10Gbit/s

833 M Simbolos/s

PAM-10833 Msim/s x 3 bit/sim = 2,5

Gbit/s2,5 Gbit/s x 4 linhas = 10

Gbit/s

SER: 3,9 x 10**-4

Fonte: IEEE .

A figura a seguir compara a performance entre os diversos tipos de modulação.

Figura 11: Gráfico comparativo - Performance das Técnicas de Codificação. Fonte: IEEE.

Padronização do Cabeamento 10GBase-T

Em setembro de 2003 o grupo para o padrão IEEE802.3an (Task Force) se reuniu ealguns parâmetros foram definidos para padronizar o cabeamento 10G Base-T deforma a suportar operações baseadas em 4 conectores e 4 pares de cabostrançados de cobre para atender todas as distancias e abranger todas ascategorias de cabos.

Definiu-se uma única camada física para suportar cabos de 4 pares trançados compelo menos 100 m de comprimento, classe F (categoria 7), e cabos de 4 parestrançados 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 ecategorias de cabos.



A decisão final foi tomada com foco em 3 modelos baseados eminterferência Alien Crosstalk (interferência eletromagnética entre cabos eagrupamentos, que afeta a a taxa transferência de informações), conformeapresentado na tabela a seguir.

Tabela 2: Modelo e embasamento para o cabeamento padrão IEEE 802.3an.

ModeloPerda de Inserção

(Insertion Loss)

Allien Near-end

Crosstalk

(em 100MHz )

1100 m, classe F categoria 7 STPe/ou categoria 6 melhorada

60 dB

2

55 m, classe E e/ou categoria 6 UTP

melhorada 47 dB

3 100 m, classe E /categoria 6 FTP 62 dB

Fonte: Nexans White Paper, October 2004.

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 determinadospela ISO ou TIA.

O MODELO 1 é baseado na classe F (categoria 7) de cabeamento definidopela 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 taxamáxima de transmissão de dados da origem até o destino com o mínimo possívelde erros.

Quando se calcula a capacidade de canal utilizando a Lei de Shannon, além deoutras variáveis, deve-se ter cautela quanto a seu uso e interpretação, pois pode-se perder informação no canal caso não seja dada 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 interferirnegativamente na comunicação. Para alcançar um sinal de ruído aceitável nas

instalações reais devem ser levados em conta fatores como temperatura, umidadee interferência Allien Crostalk , entre outros.



O Gigabit Ethernet (tanto o 1G como o 10G), quando utiliza o cabeamento decobre (CAT-5, ou CAT-5e, CAT-6 ou seus predecessores), é a melhor escolha se oquesito for custo. Entretanto, o legado de CAT-5 ficará sujeito a distânciasmenores 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 bemsuperior a infra-estrutura de rede para cabo de pares metálicos.

Algumas das características mais relevantes para as redes podem ser avaliadasconsiderando o tipo de cabo a ser usado:

Compatibilidade Eletromagnética: os cabos de fibra óptica podem ficaraparentes em regiões com barramentos energizados expostos,

cabeamentos elétricos, elevadores, motores em geral ou todo e qualquertipo de ruído eletromagnético que, mesmo agindo no ambiente da fibra,não tem nenhuma ação direta na transmissão ou qualquer impacto nainformação.

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 umaquebra e junção (split ) para que se possa desviar a informação e monitorara 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 laserutilizado na transmissão, pode atingir 70km, o que é um facilitador paralongas 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 maisinteressante é utilizar a transmissão via pares metálicos de cobre (maisespecificamente o CAT-5), pois além das pequenas distâncias envolvidas ea existência de um ambiente provavelmente seguro (contra "hackers" ) ecom 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 maisinteressante neste caso é utilizar cabos de fibra óptica, visto que oambiente é mais agressivo e sujeito a interferências eletromagnéticas,entre estes ambientes as distâncias são maiores (entre empresas e/ouprédios, existe um risco maior de segurança (facilitando o acessode "hackers" ) e principalmente porque o número de fibras e a quantidadede 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 entreos andares de prédios comerciais ou de empresas (cabeamento vertical),



onde uma melhor relação custo-benefício é obtida pela escolha de cabosde fibra óptica.

Figura 12: A escolha: fibra óptica ou cobre? Fonte: Intel.com/networks.

De fato, o 10G Base-T ainda sofre com os efeitos de compatibilidadeEletromagnética, entre outros ruídos, provocados pelos já mencionados efeitosde Cross talking e Alien Cross-talking (FEXT , NEXT), o que ainda tem demandadoum estudo aprofundado para o problema.

As discussões atuais para o padrão 10G Base-T ainda tratam da padronizações decabos, 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 sistemafísico (PHY - Physical Layer Entity ) para intercambiar com o 10G-MII (Media

Independent Interface) existente e padronizado no modelo IEEE. As funções detransmissão e recepção do PHY existentes são provenientes dos cabeamentosexistentes, o que para o padrão10G ainda devem ser aprofundadas.

As propostas e padronizações do 10G Base-T, estão orientadas para finalizar emmeados de 2006.



Referências

INTEL - Gigabit Ethernet over copper (white paper).CISCO - IEEE 802.ab / an - white papersIEEE - IEEE 802.3 an - Task Force - Public Area (Tutoriais)

Network World Fusion Light Reading Systimax Solutions - Position paper on 10G Base-TNexans - IEEE 802.3 an (white paper)Ohio University Research - Siwamogsatham, Siwaruk

Held, Gilbert - ETHERNET NETWORKS - Design, Implementation , Operation andManagement, Fourth Edition, Ed. WileyTanenbaum, 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.

Gbit Ethernet sobre Cobre: Teste seu Entendimento

1. No tocante ao modo de operação, para o padrão definido para o 10 Gigabit

Ethernet, podemos afirmar que:

Trabalhará tanto no modo half, quanto no modo full-duplex

Trabalhará nos dois modos (half / full-duplex) quando o meio físico for fibra, esomente no full-duplex quando o meio físico for cobre

Trabalhará nos dois modos (half / full-duplex) quando o meio físico for cobre,

e somente no full-duplex quando o meio físico for fibraQualquer que seja o meio, sendo para o funcionamento de 10 GigabitEthernet, não trabalhará em modo half-duplex, ou seja, somente full-duplex.

Nenhuma das anteriores

» Resposta Correta : 4



http://www.cisco.com/


http://grouper.ieee.org/groups/802/3/an/index.html


http://nwfusion.com/news/tech/2004/090604techupdate.html


http://lightreading.com/boards/message.asp?msg%20id=59870


http://www.systimax.com/


http://www.nexans.com/


http://www.cse.ohio-state.edu/~jain/cis788-99/ftp/10gbe/

http://www.cse.ohio-state.edu/~jain/cis788-99/ftp/10gbe/










2. Para o efeito de interferência eletromagnética denominado “alien cross-

talking”, não é correto afirmar:

É condicionado pela interferência eletromagnética de outros cabos, que nãoseja o mesmo do qual está sendo feita análise.

É um dos principais problemas encontrados na padronização deste padrãoIEEE 802.3an.

É caracterizado pela interferência eletromagnética, pela exposição de outrosequipamentos eletrônicos.

A interferência eletromagnética que sofre um cabo internamente,condicionada pela transmissão simultânea de seus pares metálicos édenominada cross-talking.



3. Qual é o nome da sub-camada física (PHY. responsável pela codificação dos

sinais recebidos pela camada MAC, para que sejam enviados todos os bits de

transmissão e controle de sinais necessários no meio físico?

PCS

Reconciliation

X-GMII

AUI



Padronização do Cabeamento 10GBase

Documents

Transcript of Padronização do Cabeamento 10GBase