Artigo: Padrões Ethernet, 10 e 100 megabits

Artigo: Padrões Ethernet, 10 e 100 megabits

Como tudo na informática, as redes Ethernet passaram por uma série de evoluções desde a criação do padrão na década de 70. Os três padrões mais importantes são o 10BaseT, o 100BaseTX e o 1000BaseT, que correspondem aos padrões de 10, 100 e 1000 megabits para cabos de par trançado que usamos no dia a a dia. Mas, além deles, existem diversos outros padrões Ethernet que é importante conhecer. Neste artigo, veremos detalhes sobre os padrões de 10 e 100 megabits.
Carlos E. Morimoto
07/01/2008

http://www.guiadohardware.net/artigos/ethernet-10-100/

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Na verdade, não atendem: os cabos CAT5 só estão homologados pra trabalhar a 100MHz, enquanto o padrão 100BaseTX usa sinais de 125MHz. Para corrigir essa falha, foi criado o novo padrão CAT5E, que homologa os cabos para trabalhar a 125MHz.

Como eu disse antes, CAT5E suporta 125MHz...

Mais uma coisa, no final, poderia se falar um pouco de CAT6, CAT6A e CAT6E, até como introdução às redes Gigabit, que com certeza estarão na continuação do artigo...

Queiroz, nesse ponto você está errado Tanto os cabos cat 5 quanto os 5e atendem à especificação do 100BaseTX, assim como atendem ao 1000BaseT, pois na verdade a taxa efetiva de transmissão é de 31.25 MHz e não de 125 MHz. Como se não bastasse, existe ainda o 100BaseT4, que é o pouco conhecido padrão de 100 megabits para cabos cat3, onde a freqüência efetiva é ainda mais baixa, de apenas 12.5 MHz, de forma a ficar abaixo dos 16 MHz permitidos pelo cabo.

Se não fossem estes sistemas "inteligentes" de modulação, precisaríamos de cabos de 1000 MHz para o Gigabit, de 10.000 MHz para o 10G e de 100.000 MHz para o 100G, o que é impossível.

Como disse no artigo:

A princípio, 125 megabauds equivaleriam a uma freqüência de 125 MHz, o que ficaria acima dos 100 MHz suportados pelos cabos categoria 5 e categoria 5e. Para evitar isso, foi adotado o sistema de codificação MLT-3, onde são utilizadas três tensões diferentes (+1, 0 e -1) e os bits são transmitidos através de transições entre os níveis.
No MLT-3, um bit 1 é transmitido chaveando para o próximo estágio de tensão, enquanto um bit 0 é transmitido mantendo o mesmo estágio anterior. Entretanto, esta sinalização mais simples permite realizar 4 transições por ciclo de clock, reduzindo a freqüência real de transmissão de 125 para apenas 31.25 MHz, bem abaixo do limite permitido pelo cabo.

Hmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm... Pena que não estou com minhas apostilas aqui, pra tirar a teima... Vou verificar isso com muito cuidado em casa.

Esse que é o problema. Como a questão é complicada, muitos autores não entendem e resolvem "simplificar" as coisas na hora de escrever. Os padrões originais contém a informação sem distorção, mas os textos são incompreensíveis, de forma que as informações incorretas vão se espalhando. Vai tentar explicar como que o 10GbaseT transmite 10.000 megabits usando 800 megabauds a 400 MHz, usando um cabo cat 6 que suporta apenas 250 MHz...

Me lembro de um artigo que li uma vez, de um renomado autor nacional que dizia que as redes de 10 megabits trabalhavam com uma freqüência de 10 MHz, as de 100 com 100 MHz e as de 1000 com... 1000 MHz. Ainda bem que ele não continuou, senão teria que inventar um padrão de cabo de 10.000 MHz para as redes 10G.

Sobre o 100BaseTX, é só dar uma pesquisada sobre o MLT-3. Este artigo do wikipedia não está 100% correto, mas é um começo: http://en.wikipedia.org/wiki/Fast_Ethernet#100BASE-TX

Depois de escrever acabei me inspirando e resolvi encarar o desafio. Vai aqui a explicação sobre a máximo dos 10.000 megabits em cabos de par trançado

O 10GBaseCX-4 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 idéias acabaram sendo descartadas em favor dos cabos categoria 6 e categoria 6a.

Usar cabos categoria 5e no 10G exigiria um sistema de modulação muito complexo, que encareceria excessivamente as placas e 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.

Para entender a dificuldade em criar um padrão 10G para cabos cat 5e, nada melhor do que entender um pouco melhor como o 10GBaseT funciona. Se você achou as explicações sobre o 100BaseTX e sobre o 1000BaseT complicadas, se prepare pois esta é ainda mais indigesta .

Você deve se lembrar que no 1000BaseT 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, 125 em cada um dos 4 pares de cabos.

O 10GBaseT 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.

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 1000BaseT, cada baud demora apenas meio ciclo para ser transmitido, o que reduz a freqüência de transmissão. Mesmo assim, os 800 megabauds resultam em uma freqüência de 400 MHz, muito além dos 100 MHz dos cabos cat 5.

Os próximos da lista são os cabos de categoria 6 suportam freqüências de até 250 MHz e são construídos dentro de normas muito mais estritas com relação à atenuação do sinal e ao crosstalk. Apesar da freqüência 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 por que a freqüência suportada pelo cabo não é um valor exato, mas sim a freqüência 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. No caso dos cabos cat 6, foi comprovado que eles são capazes de transmitir os sinais de 400 MHz do 10GBaseT, mas apenas a até 55 metros, daí a especificação.

Na prática, alguns cabos cat 5e que excedem a especificação também suportam a freqüência 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 freqüências de até 500 MHz e é baseado em normas ainda mais estritas... (o resto fica para a segunda parte do artigo.

Pois é... eu seria capaz de jurar, por todos os juros, que a principal diferença entre CAT5 e CAT5E seria a frequência máxima de operação. Mas quem diz que eu encontro isso agora nas apostilas da Furukawa?

Onde foi que eu li isso? Inventar, eu não inventei...

Carlos, parabéns pelo seu artigo, muito bem escrito. Já havia tempos em que procurava algo mais profundo sobre a tecnologia das redes 10 e 100 Mb.

Off-topic: Carlos, você é um bonsan?

Nova versão do artigo disponibilizada.
Atualizado em 09/01/2008 às 16:41 ;-)