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1 - Tecnologia Ethernet

O Ethernet é uma tecnologia baseada na norma IEEE 802.3 que define padrões de transmissão de dados e interconexões para redes locais (LAN). A tecnologia surgiu em 1972 com uma largura de banda de 10Mbps e foi desenvolvido pela Xerox, DEC (Digital Equipment) e Intel.

Esta tecnologia abrange uma série de padrões que definem como será feita a instalação física, as conexões elétricas e as conexões lógicas entre os dispositivos de uma rede. Ela, basicamente, consiste de três elementos: o meio físico, as regras de controle de acesso ao meio e o quadro Ethernet.

O modo de transmissão é uma característica importante do Ethernet, podendo ser:

  • Half-duplex: cada estação transmite ou recebe informações, não acontecendo transmissão simultânea;
  • Full-duplex: cada estação transmite e/ou recebe, podendo ocorrer transmissões simultâneas.

Hoje existem vários padrões além do Ethernet e dentre os principais destacam-se Fast Ethernet e Gigabit Ethernet.

1.1 Fast Ethernet

O padrão Fast Ethernet manteve do padrão ethernet o endereçamento, o formato do pacote, o tamanho e o mecanismo de detecção de erro. As mudanças mais significativas em relação ao padrão Ethernet são o aumento de velocidade que foi para 100 Mbps e o modo de transmissão que pode ser half-duplex ou full-duplex.

Variedades

  • 100BASE-T -- Designação para qualquer dos três padrões para 100 Mbit/s ethernet sobre cabo de par trançado.
    Inclui 100BASE-TX, 100BASE-T4 e 100BASE-T2.
  • 100BASE-TX -- Usa dois pares, mas requer cabo cat-5.
    Configuração "star-shaped" idêntica ao 10BASE-T. 100Mbit/s.
  • 100BASE-T4 -- 100 Mbit/s ethernet sobre cabeamento cat-3 (Usada em instalações 10BASE-T).
  • 100BASE-T2 -- Não existem produtos.
    100 Mbit/s ethernet sobre cabeamento cat-3. Suporta full-duplex, e usa apenas dois pares. Seu funcionamento é equivalente ao 100BASE-TX, mas suporta cabeamento antigo.
  • 100BASE-FX -- 100 Mbit/s ethernet sobre fibra óptica. Usando fibra ótica multimodo 62,5 mícrons tem o limite de 400 metros.
1.2 Gigabit Ethernet

Este novo padrão agregou valor não só ao tráfego de dados como também ao de voz e vídeo. O Gigabit Ethernet foi desenvolvido para suportar o quadro padrão ethernet, isto significa manter a compatibilidade com a base instalada de dispositivos Ethernet e Fast Ethernet e não requerer tradução do quadro. Possui taxa de transmissão de 1Gbps(1000Mbps) e, na sua essência, segue o padrão Ethernet com detecção de colisão, regras de repetidores, aceita modo de transmissão half-duplex e full-duplex.

Variedades:

1Gigabit Ethernet

  • 1000BASE-T -- 1 Gbit/s sobre cabeamento de cobre categoria 5e ou 6.
  • 1000BASE-SX -- 1 Gbit/s sobre fibra.
  • 1000BASE-LX -- 1 Gbit/s sobre fibra. Otimizado para distâncias maiores com fibra mono-modo.
  • 1000BASE-CX -- Uma solução para transportes curtos (até 25m) para rodar ethernet de 1 Gbit/s num cabeamento especial de cobre. Antecede o 1000BASE-T, e agora é obsoleto.

10Gigabit Ethernet

  • 10GBASE-SR -- projetado para suportar distâncias curtas sobre cabeamento de fibra multi-modo, variando de 26m a 82m dependendo do tipo de cabo. Suporta também operação a 300m numa fibra multi-modo de 2000 MHz.
  • 10GBASE-LX4 -- usa multiplexação por divisão de comprimento de ondas para suportar distâncias entre 240m e 300m em cabeamento multi-modo. Também suporta 10 km com fibra mono-modo.
  • 10GBASE-LR e 10GBASE-ER -- esses padrões suportam 10 km e 40 km respectivamente sobre fibra mono-modo.
  • 10GBASE-SW, 10GBASE-LW e 10GBASE-EW. Essas variedades usam o WAN PHY, projetado para interoperar com equipamentos OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Eles correspondem à camada física do 10GBASE-SR, 10GBASE-LR e 10GBASE-ER respectivamente, e daí usam os mesmos tipos de fibra e suportam as mesmas distâncias.

Produtos Cianet que possuem esta tecnologia:

2 - Tecnologia Fibra Óptica

O cabo de Fibra Óptica (figura 2-1) é uma tecnologia que utiliza um filamento de vidro transparente e com alto grau de pureza como meio físico. Seu diâmetro é tão fino quanto um fio de cabelo humano, sendo usado para transmitir raios de luz ao longo de grandes distâncias, permitindo carregar milhares de informações digitais sem perdas significativas.

Ao redor do filamento existem outras substâncias de menor índice de refração, que fazem com que os raios sejam refletidos internamente, minimizando assim as perdas de transmissão. Os sistemas de comunicações baseados em fibra ópticas utilizam lasers ou dispositivos emissores de luz (LEDS). Além disso, as fibras ópticas são imunes a interferências eletromagnéticas e a ruídos por não irradiarem luz para fora do cabo.

Essa tecnologia permite altíssimas taxas de transmissão, na ordem de Gbps (bilhões de bits por segundo), porém para que haja o tráfego de dados e a taxa de transmissão no meio físico de fibra ótpica é necessário equipamentos denominados conversores de mídias.

Fibra óptica

Figura 2-1: Fibra óptica.

2.1 Estrutura da Fibra Óptica

A figura 2.1-1 apresenta a estrutura típica do cabo de fibra óptica.

Estrutura em corte da fibra óptica

Figura 2.1-1: Estrutura em corte da fibra óptica.

  • Núcleo: O núcleo é um fino filamento de vidro ou plástico, medido em micra (1 ηm = 0,000001m), por onde passa a luz. Quanto maior o diâmetro do núcleo mais luz ele pode conduzir.
  • Casca: Camada que reveste o núcleo. Por possuir índice de refração menor que o núcleo ela impede que a luz seja refratada, permitindo assim que a luz chegue ao dispositivo receptor.
  • Revestimento Primário (Capa): Camada de plástico que envolve o núcleo e a casca, protegendo-os contra choques mecânicos, danos de umidades e excesso de curvatura.
2.2 Classificação das Fibras Ópticas

As fibras ópticas podem ser classificadas de dois modos: Multimodo e Monomodo. Essas categorias definem a forma como a luz se propaga no interior do núcleo:

  • Fibras Multimodo: As fibras multimodo possuem o diâmetro do núcleo maior do que as fibras monomodo, de modo que a luz tenha vários modos de propagação, ou seja, a luz percorre o interior da fibra óptica por diversos caminhos. Esse tipo de fibra é utilizado normalmente em curtas distâncias e oferece uma largura de banda inferior a fibra monomodo.

Propagação da luz multimodo

Figura 2.2-1: Propagação da luz multimodo.

  • Fibras Monomodo: As fibras monomodo são adequadas para aplicações que envolvam grandes distâncias, embora requeiram conectores de maior precisão e dispositivos de alto custo. Nas fibras monomodo, a luz possui apenas um modo de propagação, ou seja, a luz percorre interior do núcleo por apenas um caminho. Esse tipo de fibra é utilizado para atingir maiores distâncias e oferece uma largura de banda superior a fibra multimodo por ter menor dispersão do sinal.

Propagação da luz monomodo

Figura 2.2-2: Propagação da luz monomodo.

2.3 Vantagens

Em virtude das suas características, as fibras ópticas apresentam muitas vantagens sobre os sistemas elétricos:

  • Dimensões reduzidas;
  • Capacidade para transportar grandes quantidades de informação;
  • Atenuação muito baixa, que permite grandes espaçamentos entre conversores e repetidores, com distância superiores a algumas dezenas de quilômetros.
  • Imunidade às interferências electromagnéticas;
  • Matéria-prima muito abundante.
  • Pequeno tamanho e peso.
2.4 Aplicação

Sempre que falamos ao telefone, assistimos à TV a cabo, navegamos na Internet utilizamos tecnologia associada às fibras ópticas. A figura 1.3-1 abaixo mostra aplicação aonde um provedor de serviços disponibiliza um link corporativo (LAN) de fibra monomodo de 20km.

Exemplo de aplicação de Fibra Óptica

Figura 2.4-1: Exemplo de aplicação.

Produtos Cianet que possuem esta tecnologia:

3 - Tecnologia HPNA

HomePNA, HPNA ((Home Phoneline Networking Alliance) e HPN (Home Phoneline Networking) são as várias denominações para a tecnologia de transmissão de dados sobre fios telefônicos e cabeamento coaxial.
A tecnologia HPNA permite criar redes locais com transmissão de dados em alta velocidade por meio de linhas telefônicas comuns e cabeamentos coaxiais aproveitando o meio físico existente e oferecendo a possibilidade de múltiplos espectros de operação, pode ser utilizada em conjunto com outras soluções proporcionando uma maior flexibildade na composição de projetos de redes de ultima milha.

Versões de implementação para o padrão HPNA:

  • HPNA 1.0: Velocidade de 1 Mbps;
  • HPNA 2.0: Velocidade de até 10 Mbps;
  • HPNA 3.0: Velocidade de até 128 Mbps;
  • HPNA 3.1: Velocidade de até 256 Mbps.

A tecnologia HPNA 3.1 garante o compartilhamento do cabo coaxial para os serviços Triple-play.
Essa tecnologia promete trazer o poder das redes de comunicação para dentro das residências a preço baixo e com grande facilidade de uso.
A tecnologia HomePNA é padronizada através da associação fundada em junho de 1998, formada por mais de 150 indústrias líderes de mercado nas áreas de informática e telecomunicações, cujo objetivo é desenvolver dispositivos de comunicação usados sobre redes telefônicas e coaxial, caracterizados pela padronização, interoperabilidade e baixo custo, possibilitando rápido atendimento ao mercado home networking solutions.

3.1 HPNA 3.1

A tecnologia HPNA 3.1 é baseada nas normas ITU G.9954 e IEEE 802.3, portanto possuindo as mesmas características funcionais do padrão Ethernet quanto ao domínio de colisões e formato do pacote de dados a nível 2, garantindo a interoperabilidade plena com os aplicativos de rede que operam sobre o sistema Ethernet. Em termos simples, HPNA ou HCNA é o Ethernet sobre o cabeamento coaxial.

Frequência de operação:

  • HPNA 3: Velocidade de até 128 Mbps – 4 a 20MHz;
  • HPNA 3.1: Velocidade de até 256 Mbps – 12 a 44MHz.

A solução HPNA 3.1 incorpora um circuito que tem a capacidade de se adaptar a variações de ruído. Além disso, o circuito de transmissão pode variar os níveis de potência de saída do sinal. Ambos os circuitos de transmissão e recepção monitoram continuamente as condições da linha e ajustam periodicamente seus parâmetros. A figura abaixo apresenta a compatibilidade de espectro dos vários tipos de serviço:

Gráfico da faixas de modulação empregados nos serviços de dados HPNA e TV

Figura 3.1-1: Gráfico da faixas de modulação empregados nos serviços de dados HPNA e TV.

Isso significa que o assinante pode simultaneamente estar acessando em rede local à Internet via conexão pelo cabeamento coaxial e utilizar simultaneamente a TV por assinatura.

3.2 Aplicação Genérica

Diferente de outras tecnologias, o HPNA permite que vários nós de rede sejam conectados em um único barramento (extensão coaxial). A figura 3.2-1 apresenta aplicação típica de uso da rede HPNA.

Aplicação genérica da rede HPNA

Figura 3.2-1: Aplicação genérica da rede HPNA.

Nesta aplicação as casas (em condomínio horizontal) ou apartamentos (em condomínio vertical), acessam a internet via Concentrador HPNA conectado a um dispositivo de rede que fornece o link (modem, rádio, Switch...). Dentro de cada casa ou apartamento é formada uma rede local HPNA. Cada ponto telefônico ou coaxial interligado via extensão passa a ser também um potencial nó de rede HPNA.

3.3 Aplicação HPNA 3.1 Coaxial Indoor

Modelo de rede HPNA 3.1 coaxial indoor

Figura 3.3-1: Modelo de rede HPNA 3.1 coaxial indoor.

3.4 Aplicação HPNA 3.1 coaxial outdoor.

Modelo de rede HPNA 3.1 coaxial outdoor

Figura 3.4-1: Modelo de rede HPNA 3.1 coaxial outdoor.

Produtos Cianet que possuem esta tecnologia:

4 - Tecnologia WDM  (Wavelength-Division Multiplexing)

A tecnologia WDM utiliza o conceito de multiplexação por comprimento de onda (cores). É um sistema que possibilita a transmissão de vários feixes de luz em frequências diferentes numa mesma fibra óptica, possibilitando um incremento na banda de transmissão superior a 100 vezes.

O sistema funciona com um multiplexador que junta os vários comprimentos de onda dos transmissores ópticos e disponibiliza uma saída para ser transmitida por uma única fibra óptica. Na outra extremidade da fibra óptica que pode estar a dezenas de quilômetros de distância, utiliza-se um demultiplexador que separa os vários comprimentos de onda em saídas diferentes para serem conectadas nos receptores ópticos.

Figura 4-1: Multiplexação em comprimento de onda/cores.

4.1 Elementos que compõe uma rede WDM

4.1.1 MUX/DEMUX

São passivos ópticos denominados multiplexador e demultiplexador que são normalmente instalados no mesmo dispositivo. O módulo MUX possui diversas entradas e uma única saída, já o módulo DEMUX possui uma única entrada e diversas saídas.

  Figura 4.1.1-1: Módulo MX/DEMUX. 

 

4.1.2 Filtros ADD-DROP

São passivos ópticos utilizados no meio de rede em sistemas WDM que tem a função de filtrar os comprimentos de onda. Estes filtros são capazes de fazer a remoção e inserção de apenas um comprimento de onda da fibra óptica específico.

  Figura 4.1.2-1: Filtros ADD-DROP.

4.1.3 Módulos SFP (Small Form-factor Pluggable)

São ativos de redes instalados em OLT´s, switches ou roteadores que tem a função de transmissão e recepção dos sinais ópticos. Esses módulos (TX e RX) são definidos de acordo com cada comprimento de onda que determinam em qual feixe de luz os dados irão trafegar.

 Figura 4.1.3-1: Módulos SFP.

4.2 Padrões WDM: CWDM e DWDM

4.2.1 CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing)

A tecnologia CWDM apresenta um espaçamento de 20nm entre os canais, no espectro que vai de 1270nm a 1610nm, permitindo até 18 comprimentos de onda. Sua padronização segue a Recomendação G.694.2 (Spectral Grids for WDM Applications e CWDM Wavelength Grid) do ITU-T.

 Figura 4.2.1-1: Especificação CWDM.

4.2.2 DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)

A tecnologia DWDM utiliza um espaçamento de 3nm entra cada comprimento de onda, podendo obter uma quantidade superior a 100 comprimentos de onda sobre a mesma fibra.

Para aplicações que são necessários até 18 comprimentos de onda, sugere-se utilizar o CWDM, devido ao menor custo em relação ao DWDM.


5 - Tecnologia TDMoE

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