Ponto importante para avançarmos nos fundamentos para redes PROFINET é um pouco do histórico e tipos das redes Ethernet e o significado de alguns termos. As redes Ethernet têm sido a espinha dorsal das redes locais (LANs) por décadas, fornecendo uma maneira confiável e eficiente de conectar dispositivos e compartilhar informações. Com o passar dos anos, a tecnologia Ethernet evoluiu para atender às crescentes demandas por velocidade, desempenho, escala e segurança, além de distintas aplicações. Atualmente já é amplamente aplicada em diversos setores industriais e aqui apresentaremos algumas versões, passando pelos meios físicos de cobre, fibra óptica e sem fio.
Ethernet Original (10 Mbps)
Nos primórdios da Ethernet, os cabos coaxiais eram a norma. Havia duas versões principais:
- 10Base5 (Ethernet Thicknet): A primeira versão da Ethernet oferecia velocidades de até 10 Mbps e usava cabos coaxiais grossos em uma topologia de barramento (como as redes mais antigas como PROFIBUS, ASi, DeviceNet). Apesar de ser uma solução robusta, os cabos eram difíceis de manusear e instalar.
- 10Base2 (Ethernet Thinnet): Esta versão também fornecia velocidades de até 10 Mbps, mas usava cabos coaxiais mais finos, tornando a instalação e a manutenção mais simples. No entanto, ainda utilizava a topologia de barramento, o que dificultava e limitava a expansão da rede.
Ethernet de Par Trançado (10 Mbps e 100 Mbps)
Parece recente, mas não é, o cabo de par trançado foi inventado por Alexander Graham Bell (isso mesmo, aquele velho conhecido do surgimento da tecnologia de telefone). A popularidade do cabo de par trançado não blindado (UTP, sigla de Unshielded Twisted Pair) cresceu devido à sua facilidade de uso e menor custo. Duas versões notáveis de Ethernet de par trançado incluem:
- 10Base-T: Esta versão da Ethernet fornece velocidades de até 10 Mbps e utiliza cabos de par trançado UTP. Adotando a topologia em estrela, o 10Base-T simplificou a instalação e a manutenção da rede, tornando-se rapidamente popular. Pouco tempo depois surge o 10BASE-F para transmissão via fibra óptica.
- Fast Ethernet (100Base-TX): Com velocidades de até 100 Mbps, a Fast Ethernet trouxe uma melhoria significativa em relação ao 10Base-T. Ela continuou a usar cabos UTP e a topologia em estrela, garantindo facilidade de uso e compatibilidade com dispositivos antigos. Este também foi o momento no qual surgiu a função autonegotiation.
Ethernet de Par Trançado (10 Mbps e 100 Mbps)
A 100Base-FX é uma versão da Fast Ethernet que utiliza fibra óptica em vez de cabos de cobre. Isso permite alcançar maiores distâncias na transmissão de dados e maior imunidade a interferências eletromagnéticas. Essa solução é particularmente útil em ambientes industriais para transpor longas distância, proteger contra interferência eletromagnética e isolar áreas com diferentes potenciais de terra.
Gigabit Ethernet
A Gigabit Ethernet representa uma revolução na velocidade das redes Ethernet, fornecendo uma melhoria significativa em relação às versões anteriores. Com capacidade de transmitir dados a uma taxa de até 1 gigabit por segundo (1 Gbps), a Gigabit Ethernet tornou-se a escolha padrão para muitas redes empresariais e data centers, pois permitiu escalar e ampliar as conexões. Abaixo listamos 3 vertentes do Gigabit Ethernet.
- 1000Base-T: Esta versão utiliza cabos de par trançado Categoria 5 ou superior. É a opção mais comum para redes empresariais e residenciais, devido à sua facilidade de instalação e ao custo relativamente baixo dos cabos;
- 1000Base-SX: O 1000Base-SX usa fibra óptica multimodo para transmitir dados a velocidades de até 1 Gbps. Esta versão é ideal para redes de curtas distâncias, como edifícios ou campus universitários, salas elétricas e de controle ou CCMs próximos entre si;
- 1000Base-LX: Utilizando fibra óptica monomodo, o 1000Base-LX é projetado para redes de longas distâncias, como redes metropolitanas ou de longa distância. Ele oferece alcances de até 5km
Wireless Ethernet (IEEE 802.11)
Padronizada pele IEEE em 1997 permitiu a conexão de dispositivos de uma LAN via sem fio. O padrão é popularmente conhecido como Wi-Fi, porém este termo é na realidade uma marca da Wi-Fi Alliance (formada por mais de 800 fabricantes) que representa uma família de vertentes do padrão 802.11 regulamentado pelo IEEE. Wi-Fi é o termo/marca que vemos ao comprar produtos com comunicação sem fio (ainda que muitos outros padrões sejam utilizados, este se tornou o mais comum dentro de nossas casas, escritórios e indústrias). Vale salientar que os equipamentos que apresentam este termo devem passar nos testes de interoperabilidade da Wi-Fi Alliance para se tornar um equipamento Wi-Fi Certified.
Padrões IEEE
Alguns dos padrões definidos pela IEEE 802.11 são:
- 802.11b ou Wi-Fi 1 (1997): Utiliza a frequência de 2,4GHz, modulação DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) e canais de 22Mhz para trocar dados em rádio frequência por até 140m e taxas de até 11Mbps;
- 802.11a ou Wi-Fi 2 (1999): Utiliza a frequência de 5GHz, modulação OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) e canais de até 20Mhz para trocar dados em rádio frequência por até 120m e taxa de até 54Mbps;
- 802.11n ou Wi-Fi 4 (2009): Utiliza as frequências de 2,4 e 5GHz, modulação HT-OFDM (Higher Throughput – Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) e canais de até 40Mhz para trocar dados em rádio frequência por até 120m e taxa de até 600Mbps. A grande novidade implementada aqui foi a tecnologia MIMO (multiple-input and multiple-output) que permite o uso de múltiplas antenas (até 4) para transmissão e recepção se beneficiando do fenômeno de propagação por múltiplos caminhos. Fazendo um paralelo simples, quando compramos Access Points com a tecnologia Beamforming estamos fazendo uso de MIMO para concentrar sinal em determinada região da cada, escritório ou indústria e melhorar a condição de comunicação;
- 802.11ax ou Wi-Fi 6 (2021): Utiliza as frequências de 2,4, 5 e 6GHz, modulação HE-OFDMA (High Efficiency – Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) e canais de até 160Mhz para trocar dados em rádio frequência por até 120m e taxa de até 9,6Gbps.
Conclusão sobre as Redes Ethernet
Em conclusão, as redes Ethernet têm desempenhado um papel fundamental na evolução das redes de comunicação desde a sua criação em 1973. Com diferentes tipos e protocolos, as redes Ethernet atendem a diversas necessidades e oferecem soluções de conectividade versáteis para ambientes domésticos e empresariais. São hoje a base de boa parte da comunicação que usamos em nossas vidas.
Os principais e mais populares tipos de redes Ethernet incluem Fast Ethernet (100 Mbps), Gigabit Ethernet (1000 Mbps), 10-Gigabit Ethernet (10 Gbps). No âmbito industrial o Fast Ethernet atende a imensa maioria das aplicações devido ao volume dados que são trafegados para controle.
Ao longo dos anos a Ethernet evoluiu e adaptou-se às demandas crescentes por conectividade e velocidade. Essa flexibilidade e versatilidade tornam as redes Ethernet uma escolha popular e eficiente para a comunicação de dados. Os protocolos de redes industriais acompanham esta evolução e trazem excelentes soluções para uso de Ethernet no chão de fábrica.
É sempre importante lembrar que os benefícios que já apresentamos e mostraremos a diante dependem de bons projetos e implementações para garantir o desempenho ideal, disponibilidade e a segurança.
