segunda-feira, 6 de novembro de 2017

Porque o cabo Ethernet tem limite de 100m

O cabo Ethernet cat. 5, cat. 6 ou cat. 7 tem um limite de 100m, independentemente da velocidade, seja 100Mbps ou 10Gbps. Intuitivamente sabemos que uma conexão de 100Mbps deve ter uma alcance maior do que uma de 10Gbps, então de onde vem esse limite?

Origens

Primeiro, um pouco de história. Pouca gente sabe, mas a muitas décadas atrás, quando o Ethernet nasceu, não era cabo par trançado, se usava um cabo coaxial grosso, da largura de uma mangueira de jardim. Esse cabo () era um "varal" onde todos os equipamentos da rede era conectados e compartilhavam a mesma "rodovia".

Transceiver 10Base5

Nessa época havia o problema de que as vezes dois equipamentos tentam transmitir ao mesmo tempo, como era o mesmo cabo, um sinal se misturava com o outro. Além disso por ser um "varal", o sinal de uma ponta tinha atravessar até a outra, quando mais longo o cabo, maior seria essa atenuação (sinal fraco). Então, para controlar esses problemas o tamanho máximo desse "varal" foi limitado em 500m. Se chamava Ethernet 10Base5 porque tinha velocidade de 10Mbps e chegava a 500m.

Conexão "T" 10Base2

Como o cabo coaxial era grosso, era difícil de ser instalado além de exigir um adaptador especial, caro, para cada conexão. Então criaram o Ethernet em coaxial fino (muito parecido com o coaxial da TV a cabo de hoje). Nesse momento aproveitaram para fazer algumas otimizações de custo, reduzindo o tamanho máximo do cabo (cabo mais curto, significava menor potência nas placas Ethernet, que permitiu custos menores nos componentes). Assim nasceu o 10Base2, com 10Mbps e alcance de 200m.

Hubs e Switches

Chegou então um momento onde alguém teve uma ideia brilhante: criar um equipamento central, que pudesse receber as conexões e facilitar ainda mais as instalações. Ao invés de um "varal" o equipamento central seria um "polvo", saindo diversos cabos. O sinal que chegava em um cabo era automaticamente amplificado e re-transmitido para todos os demais.

Neste caso cada braço do "polvo" teria que estar limitado a 100m: os sinais percorrem uma perna de no máximo 100m para chegar no hub e percorre as outras, de no máximo 100m, mantendo o total de 200m.

Ai você pode se perguntar: se o hub amplifica o sinal, porque limitar a 200m no total? A questão não é apenas potência e perda. Lembra que temos o problema da colisão e o 10Base2 foi criado para tratar o problema de colisão  em distâncias de 200m. Quanto mais longo o cabo, mais tempo demora para o sinal elétrica ir de um ponto para outro. A eletricidade tráfego a 270Km/s no cabo, é muito rápido mas não é instantâneo. Assim o protocolo 10Base2 trata bem colisões considerando que o sinal tem que cruzar no máximo 200m, acima disso o protocolo começa a apresentar problemas.

Quando os hubs foram inventados eles precisavam aproveitar a base instalada de placas de redes e as tecnologias existentes. Então eles mantiveram essa limitação.

Switches, 100Mbps e Além

Com a criação dos switches e do Ethernet full-duplex acabamos com o problema da colisão, porém a cada etapa de evolução a tecnologia precisava manter compatibilidade com a anterior. Quando surgiram os switches 10Mbps full-duplex, ainda haviam muitos equipamentos 10Mbps half-duplex (que tinham problemas de colisão). Quando surgiu o 100BaseT (100Mbps) ainda haviam muitos equipamentos 10Mbps full-duplex (e alguns 10Mbps half-duplex).

Quando surgiu o 1000BaseT (1Gpbs), ainda havia muitos 100Mbps. Então a primeira consideração do 1000BaseT era que ele funcionasse no cabeamento de 100m. Enquanto a tecnologia não evoluiu o suficiente, o gigabit não se popularizou. Apenas quando foi possível trafegar gigabit nos cabos com 100m é que o conceito se tornou popular. Hoje em dia já existe tecnologia para trafegar gigabit em cabos maiores que 100m, mas nenhum fabricante nem o IEEE (que padroniza o Ethernet) está interessado em pensar em mudar.

E as Conexões de Fibra Ótica

É muito comum usarmos fibra ótica em distâncias maiores que 100m. Na verdade, essa é a principal aplicação da fibra, ultrapassar o limite dos 100m do UTP. Então como isso é possível, já que temos o problema das colisões? Na verdade não temos mais, lembre: o full-duplex não tem colisão.

Nos casos raros onde eventualmente um switch tenha algum equipamento muito antigo conectado (por exemplo uma controladora industrial  10BaseT half-duplex) faz ele o papel de controlar as colisões.

Resumo

Hoje em dia temos tecnologia que permitiria conexões de 100Mbps e até 1Gbps em distâncias muito maiores que 100m em UTP, porém não existe nenhum incentivo para os fabricantes e IEEE em mudar essas características.

Dessa forma, hoje estamos com essa restrição por razões históricas, e muito provavelmente vamos manter essa restrição por muito tempo.

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