Gigabit Ethernet e como funciona (um guia 2022)

Gigabit Ethernet permite transferências de rede de até 1.000 Mbps usando cabeamento padrão Cat 5 UTP (par trançado não blindado). Como isso pode ser feito, já que os cabos Cat 5 podem operar apenas até 100 Mbps? Explicaremos esta e também outras questões muito interessantes relacionadas ao desempenho do Gigabit Ethernet.

Os cabos Ethernet Cat 5 possuem oito fios (quatro pares), mas sob os padrões 10BaseT e 100BaseT (10 Mbps e 100 Mbps, respectivamente) apenas quatro (dois pares) desses fios são realmente usados. Um par é usado para transmitir dados e o outro par é usado para receber dados.

O padrão Ethernet usa uma técnica contra ruído eletromagnético chamada cancelamento. À medida que a corrente elétrica é aplicada a um fio, ela gera um campo eletromagnético ao redor do fio. Se esse campo for forte o suficiente, pode criar interferência elétrica nos fios próximos a ele, corrompendo os dados que ali estavam sendo transmitidos. Este problema é chamado de diafonia.

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O que o cancelamento faz é transmitir o mesmo sinal duas vezes, sendo o segundo sinal “espelhado” (polaridade invertida) comparado ao primeiro, como você pode ver na Figura 1. Assim, ao receber os dois sinais, o dispositivo receptor pode comparar os dois. sinais, que devem ser iguais, mas “espelhados”. A diferença entre os dois sinais é o ruído, tornando muito simples para o dispositivo receptor saber o que é ruído e descartá-lo. Padrões de fio “+TD” para “Transmissão de Dados” e padrões de fio “+RD” para “Recepção de Dados”. “-TD” e “-RD” são as versões “espelhadas” do mesmo sinal sendo transmitido em “+TD” e “+RD”, respectivamente.

No padrão 10BaseT cada bit que o computador deseja transmitir é fisicamente codificado em um único bit de transmissão, ou seja, para um grupo de oito bits sendo transmitidos, oito sinais serão gerados no fio. Sua velocidade de transferência de 10 Mbps significa que seu clock é de 10 MHz, mas apenas porque a cada ciclo de clock um único bit é transmitido. Em outros padrões isso é diferente.

100BaseT usa um esquema de codificação chamado 8B/10B, onde cada grupo de oito bits é codificado em um sinal de 10 bits. Portanto, diferentemente do 10BaseT, cada bit não representa diretamente um sinal no fio. Se você fizer as contas corretamente, com uma taxa de transferência de dados de 100 Mbps, a taxa de clock do 100BaseT é de 125 MHz (10/8 x 100). Portanto, os cabos Cat 5 são certificados para ter uma velocidade de transmissão de até 125 MHz.

O que a Gigabit Ethernet faz é alterar a codificação. Em vez de fazer com que cada bit seja codificado em um único sinal como 10BaseT ou codificar cada grupo de 8 bits em um sinal de 10 bits, ele codifica dois bits por sinal. Portanto, um sinal através de um cabo Gigabit Ethernet representa dois bits, em vez de um único bit. Em outras palavras, em vez de usar apenas duas tensões em um sinal representando apenas “0” ou “1”, ele usa quatro tensões diferentes, representando “00”, “01”, “10” e “11”. usando apenas quatro fios do cabo, o Gigabit Ethernet usa todos os fios.

Além disso, todos os pares são usados ​​de forma bidirecional. Como vimos acima, tanto o 10BaseT quanto o 100BaseT usam pares diferentes para transmissão e recepção; no 1000BaseT, como também é chamado o cabeamento Gigabit Ethernet, os mesmos pares são usados ​​para transmissão e recepção de dados.

A beleza da Gigabit Ethernet é que ela ainda usa o clock 100BaseT/Cat 5 de 125 MHz, mas como mais dados são transmitidos por vez, a taxa de transferência é maior. A matemática é bastante simples: 125 MHz x 2 bits por sinal (ou seja, por par de fios) x 4 sinais por tempo = 1.000 Mbps.

Esta técnica de modulação é chamada 4D-PAM5 e na verdade usa cinco tensões (a quinta tensão é usada para seu mecanismo de correção de erros).

Portanto, é um erro dizer que a Gigabit Ethernet funciona a 1.000 MHz. Isso não acontece. Funciona a 125 MHz assim como o Fast Ethernet (100BaseT), mas atinge 1.000 Mbps porque transmite dois bits por vez e usa os quatro pares do cabo.

Na tabela abaixo você pode verificar a pinagem do cabeamento Gigabit Ethernet. “BI” significa bidirecional, enquanto DA, DB, DC e DD significam “Dados A”, “Dados B”, “Dados C” e “Dados D”, respectivamente.