Este documento discute protocolos de alta velocidade, incluindo Gigabit Ethernet. Ele explica como o Gigabit Ethernet funciona a 1 Gbps usando técnicas como Carrier Extension para permitir distâncias de 200 metros em cabos UTP categoria 5. Também descreve implementações como 1000BASE-SX, -LX e -T e suas características.

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PROTOCOLOS DE ALTA VELOCIDADE (6)
Autor : Welton Sthel Duque
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SMDS - Switched Multimegabit Data Services
Serviço de dados público de alta velocidade baseado em comutação de pacotes que permite performance
do tipo das LANs em MANs ou WANs sem limite de distância.
Embora utilizando standards DQDB, o SMDS também pode ser utilizado sobre ATM.
Oferece um tamanho variável de pacote, redes privadas virtuais (Virtual Private Network), grupos
fechados de utilizadores (Closed User Group) e velocidades entre 34 Mbps e 155 Mbps.
Protocolos Gigabit Ethernet
Figura 15 - Backbone de Pacotes
São protocolos de rede que operam em faixas acima de 1 Gbps. Existem várias vantagens da Gigabit
Ethernet em relação a outros protocolos de alta velocidade. Dentre algumas que podemos citar :
Vantagens
- Facilidade de Migração – o Gigabit Ethernet mantém o mesmo formato de quadro, método de acesso,
operação Full Duplex e controle de fluxo, e dispõe dos mesmos objetos de gerência de rede dos
protocolos predecessores (Fast Ethernet);
- Operação Full e Half Duplex – quase todos os dispositivos Gigabit Ethernet do mercado suportam o
modo Full Duplex;
- Controle de Fluxo – Mesmo controle de fluxo da Ethernet para evitar congestionamento e sobrecarga
da rede. A técnica de retransmissão é a mesma (algoritmo de recuo binário exponencial). O CSMA/CD foi
modificado para se manter o diâmetro de colisão a 200 metros, com exceção da operação no modo FULL
DUPLEX, em que o método de acesso não sofreu modificações;
- Custo da Evolução – Preços bastante competitivos;

2. Emprego da tecnologia Gigabit Ethernet
O Gigabit Ethernet pode ser empregado para :
- Backbones a curta distância;
- Backbones de campus;
- Conexão de servidores, compondo “server farms”;
- Conexão de workstations de alto processamento;
- Migração de um backbone em anel FDDI para backbone de switches Gigabit Ethernet;
- Substituição de backbone que envolvem múltiplos switches 10/100 por um ou mais switches
100/1000;
- Upgrade de conexão de workstations de alto desempenho;
Figura 16 - Aumento de banda do cabeamento do backbone (link entre switches)-
Dispositivos para upgrade
Existem, basicamente, quatro dispositivos que se fazem necessários para se fazer um upgrade de uma
rede Fast Ethernet para Gigabit Ethernet:
- Gigabit Ethernet Network Interface Cards (NIC’s);
- Switches agregados Ethernet/Fast Ethernet/Gigabit Ethernet;
- Switches Gigabit Ethernet;
- Repetidores Gigabit Ethernet (Ou Distribuidores Bufferizados);
Ajuste do Gigabit - Carrier Extension
A fim de ser possível manter as distâncias máximas do 100BASE-T (200 metros entre duas estações, com
1 repetidor entre elas), uma vez que o tempo de bit teria que ser dez vezes menor para que se pudesse
chegar ao gigabit/s, foi necessário modificar a camada MAC. Se mantivesse o tamanho do quadro, 2
estações a 200 metros de distância não poderiam detectar a colisão se ambas transmitissem, ao mesmo

3. tempo, um quadro de 64 bytes, o que causaria colisão na rede.
Foi, então, desenvolvido um mecanismo que permite distâncias de 200 metros, chamado “Carrier
Extension” (Extensão de Portadora).
A camada MAC do Gigabit Ethernet
O tempo mínimo para se detectar uma colisão é o tempo que um sinal de desloca de um extremo ao
outro do cabo. Na Ethernet e na Fast Ethernet o tempo de bit (bit time) é de 64 bytes, que é o tempo
mínimo para se detectar uma colisão.
Na Gigabit Ethernet o slot time foi aumentado para 512 bytes para compensar o aumento de velocidade
que é 10 vezes maior em relação ao Fast Ethernet.
Manteve-se o tamanho mínimo do quadro de 64 bytes, mas foram incluídos símbolos especiais, fora do
campo de dados, chamados “Carrier Extension” (Extensão de Portadora) para permitir o slot time de 512
bytes.
Figura 17 - Carrier Extension no Gigabit Ethernet
Como o Carrier Extension vem após o FCS, a verificação de checksum é feita apenas para o quadro
original e a extensão de portadora não é verificada pelo receptor. A subcamada LLC não trata os símbolos
de extensão.
Se temos o menor quadro possível, 64 bytes de pacote, e 512-64 = 448 bytes de Carrier Extension, o
throughput efetivo do Gigabit Ethernet, seria de 64/512 * 1 Gbps = 125 Mbps, 12,5% da capacidade total
da rede.
Se considerarmos que os tamanhos médios dos quadros nas redes Ethernet fica em torno de 200 bytes,
teríamos um throughput médio efetivo, oferecido pela Gigabit Ethernet de 300 a 400 Mbps.
Cabe, então, aos administradores de rede calcular o quanto a sua rede ganhará em throughput em uma
eventual migração para Gigabit Ethernet e avaliar se será realmente vantajosa esta migração.
Veja a seguir alguns padrões Gigabit Ethernet já definidos pelo IEEE.
IEEE 802.3z – 1000BASE-X (Março de 1988)
O padrão 1000BASE-X está baseado no padrão ANSI X3T9.3 Fiber Channel Physical Layer. O padrão Fiber
Channel especifica os meios para interconexão de dispositivos de informática (DTE’s, sistemas de
armazenamento, periféricos, mainframes, etc, a uma velocidade de 800 Mbps.), e prevê uma arquitetura
em 4 camadas
As duas camadas inferiores foram modificadas para permitir a transmissão a 1000 Mbps e são usadas no
Gigabit Ethernet.
- FC-0 – Interface e meio;
- FC-1 – Codificação/Decodificação;

4. A 1000BASE-X é dividida em 3 formas de implementação:
Protocolo 1000BASE-SX
- Fibra ótica Multimodo 62,5/125 micron (2 fibras);
- Implementação de backbones mais curtos e cabeamento horizontal;
- Comprimento de onda de 850 nanometros;
- Método de sinalização: 8B/10B;
- Distância máxima de 220 metros ou 500 metros, dependendo do tipo de fibra ótica multimodo;
- Menor custo;
Protocolo 1000BASE-LX com fibra óptica monomodo
- Fibra ótica monomodo com diâmetro de 9 microns (2 fibras);
- Implementação de backbones;
- Comprimento de onda de 1300 nanometros;
- Método de sinalização: 8B/10B;
- Distância máxima de 5000 metros;
Protocolo 1000BASE-LX com fibra óptica multimodo
- Fibra ótica multimodo com diâmetro interno de 50 microns (2 fibras);
- Implementação de backbones;
- Comprimento de onda de 1300 nanometros;
- Método de sinalização: 8B/10B;
- Distância máxima de 550 metros;
Protocolo 1000BASE-CX
- Cabo de cobre “twinax” STP de 150 ohm (2 pares);
- Interligação de equipamentos no mesmo bastidor – patch cables;
- Método de sinalização: 8B/10B;
- Distância máxima de 25 metros.

5. Figura 18 - Codificação 8B/10B NRZI do 1000BaseSX, LX e CX
IEEE 802.3ab – 1000BASE-T (Junho de 1999)
A 1000Base-T é a especificação de Gigabit Ethernet sobre par trançado não blindado, (UTP), e possui
atualmente somente uma única forma de implementação com as seguintes características :
- Cabo de cobre UTP categoria 5 em diante, 100 ohms (4 pares) a Gigabit Ethernet Alliance recomenda a
utilização de cabeamento especificado como Categoria 5E (categoria 5 Enhanced), também conhecido
como Categoria 5+;
- Transmissão simultânea nos quatro pares (Dual Duplex)
- Método de codificação PAM5 (Pulse Amplitude Modulation – 5 Níveis), permitindo freqüências de
sinalização de 125 Mhz. Bastante similar ao MLT-3 do Fast Ethernet, porém com 5 níveis de tensão
diferentes.
- Cabeamento horizontal, interligação de hubs - DTE’s;
- Distância máxima de 100 metros Hub - DTE, 200 metros DTE - Hub - DTE;
A tecnologia 1000BASE-T possibilita a comunicação FULL DUPLEX nos mesmos pares, graças à
implementação dos “Circuitos Híbridos” nas duas pontas de um enlace. Os Circuitos Híbridos conseguem
separar o sinal emitido do sinal recebido através da diferença de suas fases.
Figura 19 – Circuitos Híbridos
Observação sobre cabo 5E
A EIA/TIA chamada oficialmente de “Additional Trasmition Perfomance Guidelines for 4-Pair 100
Enhanced category 5 Cabling” publicado no Adendo 5 da norma EIA/TIA 569-A standard-5. A categoria
5E, assim como a Categoria 5, define as freqüências máximas no cabo a 100 MHz e exige pequenas

6. melhorias em relação ao cabo Categoria 5 nos índices de Crosstalk NEXT, ELFEXT e Perda de Retorno.
Estrutura de camadas do Gigabit Ethernet
Figura 20 - Camadas Gigabit Ethernet
Arquitetura de protocolos da Gigabit Ethernet
Figura 21 - Arquitetura de protocolos Gigabit Ethernet
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