Redes de Alta Velocidade

Redes de Alta Velocidade

O desenvolvimento das tecnologias de redes de computadores tem se dado em ritmos acelerados nos últimos trinta anos. Tal desenvolvimento iniciou-se com um experimento acadêmico, o ARPANET em 1969, e desde então surgiram várias topologias e tecnologias que deram origem às redes de diferentes portes (LANs, MANs e WANs) e diferentes arquiteturas. Evoluções mais recentes em relação ao meio físico para a transmissão digital (fibras óticas) e equipamentos de conexão de rede computadorizados, criou subsídios para novas técnicas de transmissão que apresentam um desempenho muito melhor, maximizando a velocidade e minimizando as perdas de dados durante a transmissão. Essas novas tecnologias deram origem as redes de alta velocidade ou, como algumas vezes são chamadas, redes Gigabits e nos últimos anos, as redes Terabits.

As redes de alta velocidade surgiram principalmente devido a forte influência das redes públicas de telefonia e de telecomunicação. Tais redes sofreram um processo de migração da tecnologia analógica para digital, devido à necessidade de fornecer serviço de transmissão de voz a custos menores. No primeiro passo para essa evolução foi feito uma integração entre tecnologia de transmissão digital e chaveamento de circuito. Por isso, tais redes foram denominadas "Redes Digitais Integradas" ("Integrated Digital Networks" - IDNs).

No entanto, a distribuição geográfica das redes telefônicas aliada a maior capacidade de transmissão, deixou clara a possibilidade de aproveitar essa mesma estrutura para transmissão de dados. Surgiu assim a idéia das redes ISDN ("Integrated Services Digital Network"), cujo nome se refere desta vez, à integração de serviços de comunicação. A ITU-T (International Telecommunications Union), na época CCITT (Comité Consultatif International Télégraphique et Téléphonique), foi o órgão responsável pela padronização da estrutura e dos protocolos para a implementação do ISDN. Em 1988, nas primeiras etapas de elaboração das recomendações, surgiu um novo conceito com a proposta do ISDN Faixa Larga ou B-ISDN (Broadband ISDN), que foi definido pela ITU-T como "uma estrutura capaz de atender serviços que necessitem canais com taxas de transmissão superiores aos do canal primário estabelecido pelo ISDN". Essa nova estrutura foi proposta tendo em vista:

• a crescente demanda de serviços de banda larga;
• a disponibilidade de novas tecnologias de transmissão de alta velocidade, de chaveamento e de processamento de sinal; * a melhoria da capacidade de processamento de dados e imagens na máquina cliente;
• o avanço no processamento de aplicações em software; * a necessidade de integrar serviços interativos e de distribuição.

A proposta do B-ISDN veio, sem dúvida alguma, causar um impacto muito maior em termos de novas aplicações para redes de computadores, principalmente em aplicações que envolvam imagens ou vídeos, sejam elas interativas ou não. Inicialmente havia recursos suficientes para transmitir somente vídeos de baixa resolução. Com a evolução da tecnologia ISDN para BISDN torna-se viável transmitir até mesmo vídeo ou sinal de TV de alta resolução, ou seja, HDTV (High-definition Television). A partir do surgimento do B-ISDN, o conceito original do ISDN passou a ser referido como ISDN Faixa Estreita ou N-ISDN ("Narrowband ISDN"). Assim como a tecnologia de rede Frame Relay foi desenvolvida para trabalhar sobre o NISDN, a tecnologia ATM surgiu para atender aos requisitos de transmissão para o B-ISDN.

O ATM (Asynchronous Transfer Mode) que tem claramente um papel importante na evolução das redes "workgroup" e "enterprise". As redes baseadas em tecnologia ATM apresentam várias vantagens sobre as tecnologias utilizadas em redes LAN, MAN e WAN, dentre elas podemos citar a largura de banda escalável à custos menores, melhor desempenho e garantia de qualidade de serviço (QoS), com taxas de transmissão que chegam a 622 Mbps.

A tecnologia Gigabit Ethernet é apontada como uma ótima opção para redes de telecomunicação de alta velocidade. A migração das tecnologias Ethernet e Fast Ethernet para a tecnologia Gigabit Ethernet não exige grande investimento, já que as especificações técnicas são mantidas, em especial o quadro ethernet que se mantém em virtude da compatibilidade com as demais tecnologias ethernet.

A rede Gigabit Ethernet suporta transmissões no modo Half-duplex e Full-duplex. No geral, ela é compatível com as suas antecessoras, mas algumas mudanças foram necessárias para se suportar o modo Half-duplex.

O controle das transmissões no modo Half-duplex é efetivado pelo CSMA/CD. O princípio do CSMA/CD no Gigabit é o mesmo do Ethernet e Fast Ethernet, permitindo a utilização da tecnologia em redes que utilizam HUBs.

“Outra mudança foi à introdução da rajada de quadros – frame burst. A rajada de quadros é uma característica opcional, através da qual uma estação pode transmitir vários pacotes para o meio físico sem perder o controle. A transmissão em rajada é feita preenchendo-se o espaço entre os quadros com bits, de maneira que o meio físico não fique livre para as outras estações transmitirem.” (apud Beethovem Zanella Dias e Nilton Alves Jr. em: “Evolução do Padrão Ethernet”)....

Na transmissão em Full-duplex, a banda aumenta de 1 para 2 Gb/s, aumentam-se as distâncias de alcance e é eliminada a colisão. O controle das transmissões não é feito pelo CSMA/CD, mas pelocontrole de fluxo (Flow Control). O mecanismo Flow Control é acionado quando a estação que está recebendo os dados se congestiona, então ela envia de volta um quadro chamado Pause Frame, que determina a parada de envio de informações durante um intervalo de tempo. A estação que está enviando dados espera o tempo determinado e logo após volta a enviar os dados, ou então a que está recebendo os dados envia um pacote com o time-to-wait igual a zero e as instruções para que o envio seja recomeçado.

As principais vantagens do uso da tecnologia Gigabit Ethernet são:

• A popularidade da tecnologia
• O baixo custo para a migração
• O aumento em 10 vezes da velocidade e desempenho em relação a seu padrão anterior
• A tecnologia é a mais utilizada atualmente, economizando dinheiro e recursos na hora de sua migração
• O protocolo não possui nenhuma camada em diferente para ser estudada.

A principal desvantagem da tecnologia é que ela não possui o QoS (qualidade de serviço) como a sua concorrente, a ATM. O QoS monta um esquema de prioridades, formando uma fila de dados a serem enviados e recebidos, deixando na frente da fila os dados definidos como prioritários. Na Realidade o QoS não e feito por protocolo, mas, sim pelos ativos de rede tais quais: switchs , roteadores , firewalls e etc.

Sem o QoS, a rede não tem como definir o dado a ser enviado como prioritário, o que pode ser prejudicial em certas ocasiões, como em uma videoconferência, onde a qualidade de imagem, movimento e som podem perder desempenho caso a rede esteja sendo usada simultaneamente com outros propósitos.

A tecnologia 10 Gigabit Ethernet foi padronizada em 2002 com o IEEE 802.3ae. Dentre suas características básicas, exclui-se o algoritmo CSMA/CD do subnível MAC, uma vez que ela opera apenas ponto a ponto. O seu modo de transmissão é somente Full-Duplex, e o cabeamento a ser utilizado pode ser em fibra óptica – multímodo e monomodo ou com cabeamento UTP Categoria 6a. Devido à grande distância atingida pelo cabeamento de fibra óptica monomodo – 40 km – ela já está sendo usada em redes metropolitanas.

Uma desvantagem da rede 10 Gigabit Ethernet é que ela pode ser somente ponto-a-ponto, o que significa que ela não possui tecnologia broadcast (difusão), então ela tem usos bastante específicos, como em backbones. A tecnologia utilizada é a 10GbaseX e o padrão IEEE é o 802.3ae. As tecnologias e produtos para o 10 Gigabit Ethernet são desenvolvidos por uma associação que conta com cerca de 80 membros, a 10GEA (10 Gigabit Ethernet Alliance). As redes Terabits estão em grande fase de desenvolvimento e pesquisas, onde atualmente já se tem testes que garantem 101.7 Tbps de velocidade por meio da fibra ótica. Eles emitiram ondas de energia que foram capazes de cobrir uma distância de 165 km, mantendo a velocidade de conexão citada. Esta conexão foi testada pela NEC Laboratories utilizando-se apenas um fio padrão “single-mode”.

A Sumitomo Electric Industries conseguiu alcançar até 109 Tbps utilizando uma fibra especial que conta com um espectro de sete setores (“seven-core fiber”) para tal. A equipe de testes conseguiu manter essa velocidade por uma distância de 16,8 km de fibra ótica.

Referências

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