Ethernet é uma tecnologia amplamente utilizada para redes locais (LANs). Ele fornece uma maneira padrão de conectar computadores e outros dispositivos dentro de uma área limitada, permitindo que eles se comuniquem entre si.
O que é Ethernet?
Ethernet é uma tecnologia de rede usada principalmente para redes locais (LANs), permitindo que dispositivos se comuniquem entre si por meio de um protocolo padronizado. Foi desenvolvido na década de 1970 na Xerox PARC e desde então evoluiu para a tecnologia de rede com fio mais comum.
A Ethernet opera transmitindo pacotes de dados através de um meio físico, normalmente usando cabos de par trançado, cabos coaxiais ou cabos de fibra óptica. Ele usa ambos Hardwares componentes, como placas de interface de rede (NICs) e switches, e protocolos de software para gerenciar o fluxo de dados, garantindo uma comunicação confiável e ordenada entre dispositivos.
O protocolo Ethernet define um conjunto de regras para formatação, endereçamento e transmissão de dados. Os dispositivos em uma rede Ethernet recebem endereços MAC (Media Access Control) exclusivos, que ajudam a identificar a origem e o destino dos pacotes de dados. As redes Ethernet são normalmente organizadas em uma topologia em estrela ou barramento, onde os dispositivos são conectados a um switch ou hub central, permitindo roteamento eficiente de dados e gerenciamento de colisões.
Ao longo dos anos, a Ethernet tem visto avanços significativos em velocidade e desempenho, com taxas de dados padrão aumentando em relação aos 10 originais. Mbps até 100 Mbps (Fast Ethernet), 1 Gbps (Gigabit Ethernet) e até 100 Gbps e além para aplicativos de alto desempenho.
Uma breve história da Ethernet
A Ethernet foi concebida no início da década de 1970 no Xerox PARC (Palo Alto Research Center) por Robert Metcalfe e sua equipe. O objetivo deles era criar um sistema de rede que pudesse conectar computadores em curtas distâncias dentro de um edifício.
Em 1973, Metcalfe e sua equipe demonstraram com sucesso a Ethernet, inicialmente capaz de transmitir dados a 2.94 Mbps por cabo coaxial. Esta inovação lançou as bases para uma abordagem padronizada para redes locais, levando à publicação da primeira especificação Ethernet em 1980. O Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE) formalizou o padrão como IEEE 802.3 em 1983, o que solidificou ainda mais o papel da Ethernet. no cenário de redes.
Ao longo das décadas de 1980 e 1990, a Ethernet evoluiu rapidamente, adaptando-se às crescentes demandas por taxas de transferência de dados mais altas e gerenciamento de rede mais eficiente. A introdução de cabos de par trançado e switches substituiu os cabos coaxiais originais, aumentando a confiabilidade e a escalabilidade da rede.
A Fast Ethernet, introduzida em meados da década de 1990, aumentou as taxas de transferência de dados para 100 Mbps, seguida pela Gigabit Ethernet no final da década de 1990, que elevou as velocidades para 1 Gbps. À medida que a tecnologia progrediu, a Ethernet continuou a expandir as suas capacidades, suportando velocidades de 10 Gbps, 40 Gbps e até 100 Gbps, tornando-se uma pedra angular das redes de consumo e empresariais.
O desempenho robusto, a relação custo-benefício e a adaptabilidade da Ethernet garantiram seu domínio como tecnologia preferida para LANs com fio, influenciando o projeto e a implementação de infraestruturas de rede modernas.
Componentes de conexão Ethernet
As redes Ethernet consistem em vários componentes principais que trabalham juntos para permitir a comunicação de dados. Esses componentes incluem:
- Placa de interface de rede (NIC). A NIC, também conhecida como adaptador de rede, é um componente de hardware instalado em um computador ou outro dispositivo que se conecta à rede Ethernet. Ele fornece a interface física para o dispositivo se conectar ao cabo de rede e trata da conversão de dados em sinais elétricos para transmissão e vice-versa. Cada NIC possui um único Endereço MAC que identifica o dispositivo na rede.
- Cabos Ethernet. Estes são os meios físicos que transportam sinais de dados entre dispositivos na rede. Os tipos mais comuns são cabos de par trançado (como Cat5e, Cat6 e Cat6a), usados para a maioria das conexões de rede local. Cabos coaxiais e cabos de fibra óptica também são usados quando distâncias maiores ou taxas de dados mais altas são necessárias.
- Interruptor. Um switch é um dispositivo de rede central que conecta vários dispositivos em uma rede Ethernet, permitindo que eles se comuniquem entre si. Ele recebe pacotes de dados recebidos e os encaminha para o dispositivo de destino apropriado com base em endereços MAC. Os switches melhoram o desempenho da rede reduzindo colisões e aumentando a disponibilidade largura de banda para cada dispositivo.
- Router. Um roteador conecta várias redes e direciona pacotes de dados entre elas. Numa rede Ethernet, um roteador normalmente conecta a rede local à Internet, gerenciando o tráfego entre as redes interna e externa. Ele atribui Endereços IP para dispositivos na rede e usa tabelas de roteamento para determinar o melhor caminho para pacotes de dados.
- Repetidor. Um repetidor é um dispositivo que amplifica e regenera sinais em uma rede Ethernet para estender a distância pela qual os dados podem viajar. É usado em situações onde o comprimento do cabo excede o limite máximo para transmissão confiável de sinal. Os repetidores ajudam a manter a integridade do sinal e evitam a perda de dados em longas distâncias.
- Cubo. Um hub é um dispositivo de rede básico que conecta vários dispositivos Ethernet, fazendo-os atuar como um único segmento de rede. Ao contrário de um switch, um hub transmite pacotes de dados recebidos para todos os dispositivos conectados, o que pode levar a colisões de rede e redução de desempenho. Os hubs estão em grande parte obsoletos e foram substituídos por switches mais eficientes.
- Ponto de acesso. Em redes Ethernet sem fio (Wi-Fi), um ponto de acesso atua como um transmissor e receptor central de sinais sem fio. Ele se conecta à rede Ethernet com fio e permite que dispositivos sem fio se comuniquem com a rede. Os pontos de acesso gerenciam o tráfego de dados entre clientes sem fio e a infraestrutura de rede com fio.
- Painel de patches. Um patch panel é um conjunto de hardware montado que contém várias portas de rede. Fornece um ponto central para conectar e organizar cabos de rede. Os painéis de patch facilitam o gerenciamento e a solução de problemas da rede, permitindo flexconexões e reconfigurações de cabos compatíveis.
Como funciona a Ethernet?
A Ethernet opera por meio de uma série de etapas que facilitam a transmissão de dados entre dispositivos em uma rede local (LAN). Aqui está uma explicação detalhada de como a Ethernet funciona:
- Criação e empacotamento de dados. Quando um dispositivo (como um computador ou impressora) deseja enviar dados, primeiro ele cria os dados e os empacota em unidades menores chamadas quadros. Cada quadro Ethernet contém várias partes: um preâmbulo (para sincronização), os endereços MAC de destino e origem, a carga útil de dados e uma sequência de verificação de quadro (FCS) para detecção de erros.
- Transmissão NIC. A placa de interface de rede (NIC) do dispositivo pega o quadro Ethernet e o converte em sinais elétricos (para cabos de cobre) ou sinais luminosos (para cabos de fibra óptica). Esses sinais são então enviados para o cabo de rede.
- Propagação de sinal. Os sinais viajam através dos cabos Ethernet até o switch de rede. Cabos como Cat5e, Cat6 e Cat6a são comumente usados para conexões de par trançado.
- Trocar processamento. O quadro Ethernet chega ao switch, que lê o endereço MAC de destino. O switch possui uma tabela de endereços MAC que usa para determinar a porta apropriada para encaminhar o quadro. Isto garante que o quadro seja enviado apenas para o dispositivo destinatário pretendido, em vez de ser transmitido para todos os dispositivos (o que aconteceria em um hub).
- Encaminhamento de quadro. O switch envia o quadro Ethernet através da porta apropriada em direção ao seu destino. Se o dispositivo de destino estiver conectado a um switch diferente, o quadro poderá ser encaminhado através de vários switches até chegar ao switch final conectado ao dispositivo de destino.
- Recepção da placa de rede. A NIC do dispositivo de destino recebe os sinais de entrada e os converte de volta no quadro Ethernet original. A NIC verifica se há erros no quadro usando a sequência de verificação de quadros (FCS). Se o quadro estiver livre de erros, a NIC extrai a carga de dados.
- Processamento de dados. Os dados extraídos são então passados para o dispositivo sistema operativo e software aplicativo para processamento posterior. Se houver erros no quadro, a NIC poderá solicitar a retransmissão dos dados.
- Agradecimento e resposta. Dependendo do protocolo de comunicação em uso (por exemplo, TCP/IP), o dispositivo receptor pode enviar uma confirmação de volta ao remetente, indicando que os dados foram recebidos com sucesso. Se a transmissão de dados exigir uma resposta (por exemplo, uma solicitação de informações), o processo se repete, com os papéis de remetente e destinatário trocados.
Ao longo desse processo, a Ethernet usa Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) para gerenciar como os dispositivos compartilham o meio de rede. Quando os dispositivos desejam transmitir dados, eles escutam a rede para verificar se ela está livre (sentido de portadora). Se a rede estiver ocupada, eles esperam. Se dois dispositivos transmitem simultaneamente, causando uma colisão, eles param, aguardam um período aleatório e tentam novamente (detecção de colisão e recuo).
Tipos de Ethernet
A tecnologia Ethernet evoluiu significativamente desde o seu início, resultando em vários tipos que atendem a diferentes necessidades e ambientes de rede. Cada tipo de Ethernet oferece vantagens distintas em termos de velocidade, meio e aplicação, tornando-a adequada para cenários específicos.
Ethernet padrão (10BASE-T)
A Ethernet padrão, também conhecida como 10BASE-T, foi um dos primeiros padrões Ethernet amplamente adotados. Opera a uma velocidade de 10 Mbps em cabos de par trançado, normalmente Cat3 ou superior. Este tipo de Ethernet é usado em configurações básicas de LAN e fornece comunicação confiável para pequenas redes com necessidades moderadas de transferência de dados. Embora hoje em grande parte obsoleto, ele lançou as bases para padrões Ethernet mais avançados.
Ethernet rápida (100BASE-TX)
Fast Ethernet, ou 100BASE-TX, aumentou significativamente a taxa de transferência de dados para 100 Mbps enquanto ainda usava cabos de par trançado, geralmente Cat5 ou Cat5e. Este aprimoramento permitiu uma velocidade mais rápida transmissão de dados e suportava aplicações mais exigentes, como multimídia e transferências de arquivos grandes. A Fast Ethernet foi uma escolha popular para redes empresariais e educacionais durante o final dos anos 1990 e início dos anos 2000.
Ethernet Gigabit (1000BASE-T)
Gigabit Ethernet, conhecida como 1000BASE-T, melhorou ainda mais as velocidades para 1 Gbps, usando cabos Cat5e ou Cat6. Este tipo de Ethernet é comum em redes modernas, oferecendo conectividade de alta velocidade adequada para aplicações com uso intensivo de dados, como streaming de vídeo, cloud computaçãoe compartilhamento de arquivos em grande escala. Gigabit Ethernet é amplamente utilizado em ambientes residenciais e empresariais por seu equilíbrio entre velocidade e preço acessível.
Ethernet de 10 Gigabits (10GBASE-T)
10 Gigabit Ethernet, ou 10GBASE-T, estende as velocidades Ethernet para 10 Gbps, usando cabos Cat6a ou de categoria superior e, às vezes, cabos de fibra óptica para distâncias maiores. Este tipo de Ethernet é projetado para redes de alto desempenho, incluindo data centerse grandes empresas, onde a transferência massiva de dados e a baixa latência são essenciais. Ele suporta aplicativos avançados, como virtualização, análise de big data e videoconferência de alta definição.
Ethernet de 40 Gigabit e 100 Gigabit (40GBASE e 100GBASE)
À medida que a necessidade de velocidade continuou a crescer, foram desenvolvidos padrões Ethernet de 40 Gigabit e 100 Gigabit, principalmente para backbone e data center formulários. Esses tipos utilizam cabos de fibra óptica de alto desempenho e são projetados para lidar com volumes de dados extremamente altos, suportando infraestruturas críticas e operações em larga escala. cloud Serviços. Eles fornecem o necessário largura de banda para ambientes que exigem processamento e transmissão de dados ultrarrápidos.
Power over Ethernet (PoE)
Power over Ethernet (PoE) é uma tecnologia que permite que cabos Ethernet transmitam dados e energia elétrica para dispositivos como câmeras IP, pontos de acesso sem fio e telefones VoIP. O PoE simplifica a instalação e reduz a necessidade de tomadas e cabos adicionais, tornando-o ideal para implantação de dispositivos em rede em locais sem fácil acesso à energia. Existem diferentes padrões PoE (por exemplo, PoE, PoE+ e PoE++) que fornecem níveis variados de energia para acomodar diferentes requisitos de dispositivos.
Casos de uso de Ethernet
A Ethernet tornou-se a espinha dorsal de muitas infraestruturas de rede devido à sua confiabilidade, escalabilidade e economia. Ele oferece suporte a uma ampla variedade de casos de uso em diferentes ambientes e setores. Aqui estão alguns dos principais casos de uso de Ethernet:
- Redes locais (LANs): Ethernet é mais comumente usada em LANs para conectar computadores, impressoras e outros dispositivos em um único local, como um prédio de escritórios ou uma residência. Ele permite transferência de dados em alta velocidade, compartilhamento de recursos e comunicação eficiente entre dispositivos.
- Data centers: Dentro data centers, Ethernet é usada para interconectar servers, sistemas de armazenamento e equipamentos de rede. Seus recursos de alta velocidade, especialmente com Gigabit e 10 Gigabit Ethernet, garantem transferência rápida de dados e baixa latência, que são essenciais para lidar com grandes volumes de dados e dar suporte cloud serviços.
- Redes empresariais. Grandes organizações usam Ethernet para criar redes robustas e escaláveis que conectam vários departamentos, andares ou até mesmo edifícios. A Ethernet suporta alta largura de banda e confiabilidade necessárias para aplicações empresariais, incluindo VoIP, videoconferência e transferências de arquivos grandes.
- Provedores de serviços de Internet (ISPs). Os ISPs usam Ethernet para fornecer acesso à Internet de banda larga para residências e empresas. Ethernet sobre fibra óptica (Fiber Ethernet) oferece conectividade à Internet de alta velocidade, suportando a crescente demanda por streaming, jogos online e outras atividades que exigem muita largura de banda.
- Automação industrial. Em ambientes industriais, a Ethernet (especificamente Ethernet Industrial) conecta controladores lógicos programáveis (PLCs), sensores e máquinas a sistemas de controle central. Essa configuração aprimora o monitoramento, o controle e a automação dos processos de fabricação.
- Edifícios inteligentes. A Ethernet é usada em sistemas de edifícios inteligentes para integrar várias tecnologias de gerenciamento de edifícios, como HVAC, iluminação, segurança e sistemas de controle de acesso.
- Redes de campus. As instituições educacionais usam Ethernet para conectar salas de aula, laboratórios, escritórios administrativos e residências estudantis.
- Redes de saúde. Hospitais e clínicas usam Ethernet para conectar dispositivos médicos, sistemas de monitoramento de pacientes e sistemas de registros eletrônicos de saúde (EHR). Conexões Ethernet confiáveis e seguras garantem que dados médicos críticos sejam transmitidos com rapidez e precisão.
- Backbone de telecomunicações. As empresas de telecomunicações usam Ethernet para seus espinha dorsal da rede infraestrutura, conectando escritórios centrais, data centerse torres de celular. A alta largura de banda e a confiabilidade da Ethernet suportam o intenso tráfego de dados gerado por serviços de voz, vídeo e dados.
- Redes residenciais. Os usuários domésticos contam com Ethernet para criar redes com fio que conectam computadores, consoles de jogos, smart TVs e outros dispositivos. A Ethernet fornece conexões mais rápidas e estáveis em comparação com o Wi-Fi, tornando-a ideal para atividades como jogos online e streaming de vídeo HD.
Vantagens e desvantagens da Ethernet
Ao considerar a Ethernet para soluções de rede, é essencial pesar as suas vantagens e desvantagens. A Ethernet se tornou um padrão amplamente adotado devido aos seus inúmeros benefícios, como transferência de dados em alta velocidade, confiabilidade e economia. No entanto, como qualquer tecnologia, também apresenta certas limitações e potenciais desvantagens.
Diferenciais
A Ethernet tornou-se a tecnologia dominante em redes devido às suas inúmeras vantagens, tornando-a a escolha preferida para muitas aplicações. Aqui estão algumas das principais vantagens da Ethernet:
- Alta velocidade. A Ethernet suporta altas taxas de transferência de dados, com padrões modernos como Gigabit Ethernet (1 Gbps), 10 Gigabit Ethernet (10 Gbps) e velocidades ainda mais altas. Isso o torna adequado para aplicações que exigem troca rápida de dados, como streaming de vídeo, transferências de arquivos grandes e jogos online.
- Confiabilidade. As redes Ethernet são conhecidas pela sua estabilidade e desempenho consistente. Eles fornecem uma conexão confiável com baixa latência e interferência mínima, o que é crucial para aplicações em tempo real, como VoIP e videoconferência.
- Escalabilidade As redes Ethernet podem ser facilmente dimensionadas para acomodar mais dispositivos e maiores cargas de dados. Com os avanços na tecnologia, a Ethernet pode suportar redes cada vez maiores, desde pequenas configurações domésticas até ambientes empresariais em expansão.
- Custo-efetividade. Ethernet é relativamente barata para implementar e manter. Os componentes de hardware, como switches, roteadores e cabos, estão amplamente disponíveis e acessíveis. Além disso, a ampla adoção da Ethernet garante compatibilidade e interoperabilidade entre dispositivos de diferentes fabricantes.
- Facilidade de instalação e manutenção. A configuração de uma rede Ethernet é simples, com instalação plug-and-play simples para a maioria dos dispositivos. A manutenção e a solução de problemas também são mais fáceis em comparação com outras tecnologias de rede, graças a padrões e ferramentas bem estabelecidos.
- Segurança. As redes Ethernet com fio oferecem vantagens de segurança inerentes às redes sem fio. O acesso físico à rede é necessário para conectar um dispositivo, reduzindo o risco de acesso não autorizado. Além disso, a Ethernet suporta vários protocolos de segurança e métodos de criptografia para proteger a transmissão de dados.
- Baixa latência. As redes Ethernet fornecem comunicação de baixa latência, o que é essencial para aplicações que exigem troca de dados em tempo real, como jogos online, videoconferência e sistemas de negociação financeira.
- Flexcapacidade. A Ethernet suporta vários tipos de cabeamento (par trançado, coaxial, fibra óptica) e topologias de rede (estrela, barramento, anel), oferecendo flexflexibilidade no projeto e implementação de redes para atender diferentes ambientes e requisitos.
Desvantagens
Embora a Ethernet seja uma tecnologia de rede popular e amplamente utilizada, ela apresenta certas desvantagens que devem ser consideradas. A compreensão dessas limitações ajuda a determinar se a Ethernet é a escolha certa para um cenário de rede específico. Eles incluem:
- Mobilidade limitada. A Ethernet depende de cabos físicos para conectar dispositivos, o que restringe a mobilidade. Ao contrário das redes sem fio, os dispositivos conectados por Ethernet devem permanecer ao alcance dos cabos de rede, tornando-os menos convenientes para dispositivos móveis ou portáteis.
- Complexidade de instalação. Configurar uma rede Ethernet pode ser mais complexo e demorado em comparação com redes sem fio. Envolve a passagem de cabos através de paredes, pisos ou tetos e pode exigir instalação profissional, especialmente em ambientes maiores ou mais complexos.
- Restrições de escalabilidade. A expansão de uma rede Ethernet pode exigir cabeamento, switches e outros hardwares adicionais, o que pode ser caro e trabalhoso. Em implantações em larga escala, a infraestrutura física necessária para dar suporte à Ethernet torna-se complicada.
- Gerenciamento de cabos. À medida que as redes Ethernet crescem, o gerenciamento e a organização dos cabos podem se tornar um desafio. O mau gerenciamento de cabos causa confusão, o que causa problemas de manutenção e complica a solução de problemas.
- Limitações de distância. Os cabos Ethernet padrão, como Cat5e ou Cat6, têm comprimento máximo de 100 metros (328 pés). Para distâncias maiores, é necessário hardware adicional, como repetidores ou switches, ou soluções mais caras, como cabos de fibra óptica.
- Interferência e degradação do sinal. Os cabos Ethernet, especialmente aqueles que não estão devidamente blindados, são suscetíveis à interferência eletromagnética (EMI) de dispositivos ou cabos elétricos próximos. Isso leva à degradação do sinal e à redução do desempenho da rede.
- Custos iniciais mais altos. Embora a Ethernet seja econômica no longo prazo, a configuração inicial custa mais em comparação com as redes sem fio. Isso ocorre porque inclui o custo de cabos, switches, roteadores e serviços de instalação potencialmente profissionais.
- Menos flexcapacidade. As redes Ethernet são menos flexível em comparação com redes sem fio quando se trata de adicionar ou realocar dispositivos. Cada novo dispositivo requer uma conexão física à rede, o que pode envolver cabeamento e configuração adicionais.
Ethernet vs. Wi-fi
Ethernet e Wi-Fi são duas tecnologias principais usadas para redes locais, cada uma com características e vantagens distintas.
A Ethernet, que depende de cabos físicos para conectar dispositivos, oferece velocidade, confiabilidade e segurança superiores. Suas conexões com fio fornecem taxas de transferência de dados consistentes e de alta velocidade, tornando-o ideal para aplicações que exigem muita largura de banda, como jogos online, streaming de vídeo e transferências de arquivos grandes. A estabilidade das conexões Ethernet garante interferência e latência mínimas, o que é crucial para operações comerciais críticas e comunicação em tempo real. Além disso, a segurança das redes Ethernet é normalmente maior, pois é necessário acesso físico à rede para conectar-se, reduzindo o risco de acesso não autorizado.
O Wi-Fi oferece a conveniência da conectividade sem fio, permitindo que os dispositivos se conectem à rede sem a necessidade de cabos físicos. Esta mobilidade é uma vantagem significativa em ambientes onde flexacessibilidade e facilidade de acesso são essenciais, como residências, escritórios e espaços públicos. As redes Wi-Fi permitem que os usuários se movimentem livremente dentro da área de cobertura, facilitando a conexão de vários dispositivos, incluindo smartphones, tablets e laptops. No entanto, o Wi-Fi pode estar sujeito a interferências de outros dispositivos sem fio e obstruções físicas, o que afeta a intensidade do sinal e o desempenho da rede. Embora a tecnologia Wi-Fi tenha avançado para oferecer velocidades mais rápidas e maior segurança, geralmente ela não consegue igualar o desempenho consistente e a menor latência fornecidos pelas conexões Ethernet. Em última análise, a escolha entre Ethernet e Wi-Fi depende das necessidades e prioridades específicas do ambiente de rede, equilibrando os compromissos entre velocidade, fiabilidade, segurança e conveniência.