Questão 7 - Qual é a taxa de transmissão de LANs Ehternet? Para uma dada taxa de transmissão, cada usuário da LAN pode transmitir continuamente a essa taxa?

Passo 1

O enunciado pergunta duas coisas claras:
  • Qual é a taxa de transmissão das LANs Ethernet?
  • Para uma dada taxa de transmissão, cada usuário da LAN pode transmitir continuamente a essa taxa?
Informações relevantes (o enunciado não deu números; vou considerar os padrões atuais de Ethernet e os tipos de topologia/operação que determinam se cada usuário consegue usar a taxa nominal).

Passo 2

Lista das taxas (padrões comuns de Ethernet). Vou enumerar os nomes e os valores para você decorar — cada valor é a velocidade de linha (bits por segundo):
  • Ethernet original: 10\\ \text{Mbps} (também escrito 10\,\text{Mb/s}).
  • Fast Ethernet: 100\\ \text{Mbps}.
  • Gigabit Ethernet: 1\\ \text{Gbps} = 10^3\\ \text{Mbps} = 10^9\\ \text{bits/s}.
  • 10 Gigabit Ethernet: 10\\ \text{Gbps}.
  • 25/40/50 Gigabit: 25\\ \text{Gbps}, 40\\ \text{Gbps}, 50\\ \text{Gbps} (usados em data centers).
  • 100 Gigabit e além: 100\\ \text{Gbps}, 200\\ \text{Gbps}, 400\\ \text{Gbps} (backbone / switches de alto desempenho).
    Também existem variantes para cabeamento cobre com 2{,}5\\ \text{Gb/s} e 5\\ \text{Gb/s} (ex.: 2{,}5GBASE-T, 5GBASE-T) para aproveitar cabos Cat5e/Cat6 sem troca total de infra.

Passo 3

Entendendo o que significa “cada usuário pode transmitir continuamente a essa taxa” — precisamos distinguir dois cenários físicos de operação da Ethernet:
  • Meio compartilhado (hubs ou segmentos antigos, ou um domínio de colisão): todos os nós dividem a mesma largura de banda física.
  • Links dedicados a um switch (topologia moderna): cada nó tem um link dedicado ao switch.
Vou explicar os dois porque na prova podem pedir a diferença.

Passo 4

Meio compartilhado e CSMA/CD (Ethernet clássica):
  • Em segmentos onde vários nós estão no mesmo domínio de colisão (por exemplo, um hub), usa-se CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). A ideia, em poucas palavras: antes de transmitir, a estação “escuta” o meio; se estiver livre, transmite; se houver colisão, detecta e recua um tempo aleatório (backoff).
  • Consequência prática: a taxa total disponível no segmento é a taxa do meio. Se o segmento é 100\\ \text{Mbps}, o agregado máximo é 100\\ \text{Mbps}. Vários usuários concorrendo vão dividir esse agregado; nenhum garante 100\\ \text{Mbps} simultâneo individualmente.
  • Regra simples para a prova: em meio compartilhado, a soma das taxas usadas por todos nunca ultrapassa a taxa física do segmento. Em média, com N estações ativas e comportamento “justo”, cada uma teria algo como \approx \dfrac{\text{taxa do segmento}}{N} (isso é uma aproximação — CSMA/CD é probabilístico e o compartilhamento real depende de padrões de tráfego, colisões e backoff).

Passo 5

Switching e full-duplex (Ethernet moderna):
  • Em redes atuais, quase sempre cada estação conecta a uma porta de switch. Essa porta é um link ponto-a-ponto entre estação e switch, operando frequentemente em modo full-duplex (transmite e recebe ao mesmo tempo).
  • Numa ligação full-duplex com capacidade de porta R (por ex. R=1\\ \text{Gbps}), a estação pode transmitir continuamente a R para o switch enquanto simultaneamente recebe a R do switch — ou seja, um host isolado consegue usar a linha inteira para transmitir continuamente, desde que o switch e o destino suportem essa taxa.
  • Limitações práticas: o switch tem uma capacidade de comutação (backplane) e as portas de uplink/servidor podem se tornar gargalo. Exemplo numérico: quatro computadores cada um com 1\\ \text{Gbps} tentando enviar ao mesmo servidor que tem só uma NIC de 1\\ \text{Gbps} — o servidor/ uplink sofrerá gargalo e não aceitará 4\times1\\ \text{Gbps} simultâneos; portanto a capacidade agregada é limitada pelo hardware além do link individual.

Passo 6

Overhead de quadro — por que “taxa nominal” não é sempre o throughput útil:
  • A taxa que falamos ( 1\\ \text{Gbps}, etc.) é a taxa de transmissão de bits no fio. Na prática, pacotes têm overhead (preambulo, cabeçalho, CRC, intervalo entre quadros), então o débito útil (payload) é um pouco menor.
  • Exemplo concreto com números (para a prova é bom decorar a ideia e saber calcular): quadro Ethernet típico com payload de 1500 bytes. Os principais “custos” por quadro on-wire são: preâmbulo + SFD =8 bytes, cabeçalho Ethernet =14 bytes, FCS =4 bytes, e IFG (inter frame gap) equivalente a 12 bytes no tempo de transmissão. Assim o total por quadro na linha é
8 + 14 + 1500 + 4 + 12 = 1538\\ \text{bytes}.
A eficiência (fração útil) é
\frac{1500}{1538} \approx 0{,}975 \quad(\text{≈ }97{,}5\%).
  • Para quadros pequenos o overhead pesa mais. Ex.: payload mínimo 46 bytes (quadro pequeno), eficiência fica aproximadamente
\frac{46}{8+14+46+4+12}=\frac{46}{84}\approx0{,}548\quad(\text{≈ }54{,}8\%).
Conclusão: mesmo em link dedicado, o throughput útil é um pouco menor que a taxa nominal e depende do tamanho dos pacotes.

Passo 7

Resumo prático e o que responder na prova (versão curta e didática):
  • Taxas típicas de Ethernet: 10\\ \text{Mbps},\\\ 100\\ \text{Mbps},\\\ 1\\ \text{Gbps},\\\ 10\\ \text{Gbps},\\\ 25/40/50\\ \text{Gbps},\\\ 100\\ \text{Gbps} e superiores (até 400\\ \text{Gbps} em equipamentos modernos).
  • Resposta à segunda pergunta: depende da topologia e do equipamento:
    • Se a rede for um meio compartilhado (hub/segmento com CSMA/CD), NÃO — os usuários têm de disputar a taxa do segmento; a soma das transmissões não pode exceder a taxa física do segmento.
    • Se cada usuário tiver um link dedicado a um switch em modo full-duplex, ENTÃO SIM — um usuário isolado pode transmitir continuamente à taxa da sua porta ( R), desde que o switch, o destino e recursos finais (NIC/CPU/armazenamento) suportem essa taxa; contudo, situações com muitos remetentes para um mesmo destino ou uplinks limitados ainda criam gargalos agregados.

Passo 8

Dica de prova rápida — o que escrever em poucas linhas:
  • Liste a(s) taxa(s) pedida(s) (ex.: 1\\ \text{Gbps} para Gigabit Ethernet).
  • Explique em uma frase: “Em meio compartilhado não; em link dedicado full-duplex sim (salvo gargalos do switch/servidor)”.
  • Se pedirem eficiência, comente o efeito do overhead e mostre a fórmula da eficiência: \displaystyle\text{eficiência}=\dfrac{\text{payload}}{\text{payload}+\text{overhead}}ê e plugue os números.

Resposta

Taxas típicas: 10\\ \text{Mbps},\\\ 100\\ \text{Mbps},\\\ 1\\ \text{Gbps},\\\ 10\\ \text{Gbps},\\\ 25/40/50\\ \text{Gbps},\\\ 100\\ \text{Gbps} (e atualmente até 200\!-\!400\\ \text{Gbps} em equipamentos de backbone).
Cada usuário pode transmitir continuamente à taxa nominal?
  • Não, se a LAN for um meio compartilhado (hub/segmento com CSMA/CD): os nós disputam a mesma largura de banda e o agregado é limitado à taxa do segmento.
  • Sim, em uma LAN com links dedicados a um switch em modo full-duplex: um host pode transmitir continuamente à taxa da sua porta, desde que o switch, os uplinks e o destino suportem essa carga (ou seja, salvo gargalos agregados).

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