Com o aumento da velocidade de sincronismo no sinal de banda larga, atualmente de até 1 Gbps, haverá uma necessidade recorrente de mudar os links para velocidades acima deste limite, caso se queira aproveitar ao máximo o tráfego de dados desta nova conexão.

 

A conexão do usuário doméstico com os serviços de provimento do sinal de Internet (WAN ou Wide Area Network) chegou ao oferecimento de dados de até 1 Gbps (1 Gigabit por segundo). O serviço é hoje oferecido com relativo baixo custo, principalmente se considerarmos que nos serviços de banda larga anteriores o provimento de 1 Gigabit chegava a ser impossível de ser contratado pelo usuário que não fosse de uma empresa.

Por enquanto, entretanto, não existem, que eu tenha visto, ofertas para o aumento dessa velocidade, mas certamente haverá, em algum momento do futuro próximo. Para tal, é bastante provável que novos dispositivos de rede precisarão ser atualizados. Muitos fabricantes de placa-mãe já estão cuidando disso, mas quem montou ou comprou o seu computador anos atrás vai ter que ver do que precisa para atualizar os dispositivos de rede. A iniciativa não é desprovida de razão, em função da expectativa de tornar o computador pessoal à prova do futuro.

A conexão com sincronismo de 1 Gbps no modem do provedor em um computador mais antigo está restrita a adaptadores de rede de 1 Gbps. Teoricamente, este adaptador seria adequado para a plena passagem de dados (Internet ou rede local) de um plano dessa velocidade, mas quando se faz a medida convencional percebe-se o alcance máximo, medido pelo Speedtest, é de cerca de 940 Mbps.

Este limite está no link de 1 Gbps estabelecido entre a saída do modem ou roteador e a entrada Ethernet da placa-mãe, no meu caso, um adaptador Intel I211, que recebe sinal de rede por um cabo Cat-7, proveniente da saída do modem do provedor. Notem que não há defeito ou mal funcionamento do adaptador da Intel, a limitação é intrínseca a este tipo de conexão. No painel de controle do Windows é possível ver as características do adaptador de rede da placa-mãe, mostrando que a conexão do link é de 1 Mbps:

Via-de-regra, as duas principais variáveis da passagem de sinal em uma rede que o usuário leigo deve conhecer são a largura de banda (“bandwidth”) e a velocidade (“throughput”) na qual o sinal trafega. A largura de banda define a quantidade de dados que passam em um determinado momento, de um ponto a outro da rede. Quanto mais larga for esta banda, maior será o tráfego de dados entre o envio e o recebimento. O tráfego, neste caso, poderá ser mais rápido ou mais lento. Se houver um trecho do percurso mais lento, esta será a velocidade limitante de todo o percurso. Para cada tipo de link a velocidade máxima pode não ser atingida, como está mostrado acima.

A expansão dos adaptadores de rede na placa-mãe

Uma solução elegante para resolver este impasse é instalar um novo adaptador de rede, que possa contornar esta limitação. Desde tempos imemoriais, a placa-mãe dos microcomputadores pode ser expandida através de um conector de algum tipo. Computadores de 8 bits costumavam ser expandidos através de cartuchos inseridos externamente. Embora prática, uma das desvantagens do uso de cartuchos para este fim é a necessidade extemporânea de retirá-lo do slot e assim fazer com que o computador perca as suas funções. Muitos computadores pessoais do passado foram providos de slots internos, nos quais uma placa de expansão poderia ser fixada no slot e não precisava mais ser removida.

Ao longo das décadas, computadores pessoais baseados na plataforma IBM foram dotados de vários tipos de slots, como, por exemplo, ISA, EISA, AGP, etc. O último deles, e que ainda é predominante atualmente, é o slot PCIe (Peripheral Component Interconnect Express), cuja arquitetura varia em número de pistas para o tráfego de informações, e de versões aprimoradas do barramento, com o aumento da velocidade de transmissão de dados.

Antes de se pensar em expandir as conexões de rede da placa-mãe é preciso ter certeza de que o modem ou roteador instalados na rede possuem uma saída acima de 1 Gbps. Na minha instalação, que eu tomo como exemplo, eu solicitei ao provedor a troca do modem original da assinatura pelo modelo Sagemcom F@AST 5670, visto parcialmente na figura abaixo. Notem que a saída de 2.5 Gbps neste modem tem cor carmim no conector, sendo assim diferente e separada das conexões de 1 Gigabit, marcadas de LAN 1 até LAN 4, de cor amarela.

A rota do cabeamento, saindo do conector 2.5 Gbps do modem, deverá encontrar uma porta de 2.5 Gbps ou superior no seu destino. Se ela não estiver disponível na placa-mãe, será preciso instalar uma em um slot de expansão.

A instalação da expansão de rede

Na expansão da minha rede, eu optei pela compra de um adaptador TP-Link TX201, com terminais PCIe X1, ou seja, uma placa com uma única pista (“lane”) para a passagem de dados. A placa pode ser instalada em qualquer slot PCIe, desde que respeitadas as especificações de saída da placa e dos slots, como será visto adiante.

Os slots de expansão PCIe têm características comuns, que permitem a compatibilidade entre si, e caberá ao usuário que faz a montagem se certificar de detalhes do chipset da placa-mãe e da CPU em uso, para fazer uma distribuição de componentes correta.

A transmissão de dados por PCIe é serial, e de alta velocidade. Através dela, a ligação entre dispositivos é feita ponto a ponto, e é obrigatoriamente bidirecional. Transmissor e receptor trocam informações em cada pista (“lane”) do cartão de expansão instalado. Portanto, a partir de uma única pista o funcionamento completo do adaptador inserido no slot já é factível operacionalmente. Quanto mais pistas forem usadas, maior será a quantidade de dados transmitidos e recebidos.

Arquitetura do cartão PCIe

Na figura abaixo, pode-se observar que o slot PCIe tem duas fendas separadas: a primeira, vista à esquerda, tem uma pinagem fixa, que fornece energia elétrica ao cartão instalado. O tamanho desta fenda é padrão para todos os slots e não pode ser alterada. A energia que é dada à placa de expansão é relativamente limitada, mas pode fazer funcionar uma série de cartões diferentes, como os de rede.

Quando o cartão consumir mais potência, a instalação é obrigatoriamente completada com a inserção de cabos de força vindos da fonte de alimentação do computador. Este é o caso típico de uma placa gráfica, que é, diga-se de passagem, um dos componentes que mais consomem energia elétrica em um computador. O usuário, inclusive, é obrigado a levar em consideração este consumo de energia quando for escolher a fonte de alimentação adequada. Se não o fizer, o computador poderá funcionar de forma errática ou até não funcionar.

A passagem de dados em uma placa PCIe é feita através de pistas (“lanes”), inseridas na segunda fenda, mostrada na figura abaixo. O número máximo de pistas disponíveis é 16, embora o slot PCIe seja previsto para até 32 pistas. Se a placa instalada tiver menos do que isso, ao encaixar no slot ela automaticamente usa as pistas pelas quais é prevista. É por isso que uma placa de 1 pista pode ser usada em slots de mais do que uma pista, a única consequência é o desperdício de pistas do slot, que ficarão operacionalmente ociosas.

A placa-mãe é dotada de slots PCIe específicos para cada instalação, indo de X1, uma única pista, até X16, com 16 pistas disponíveis. Este último tipo de slot deve ser usado preferencialmente para a instalação de placas gráficas. Os principais conectores da placa-mãe estão mostrados abaixo:

Ao longo dos anos, o software que gerencia os slots PCIe vem mudando para versões aprimoradas, com o aumento de velocidade de dados nos slots:

Versão	Ano de introdução	X1*	X4*	X8*	X16*
1.0	2003	0.250	1.00	2.00	4.00
2.0 (32 bits)	2007	0.500	2.00	4.00	8.00
2.1 (64 bits)	2009	0.500	2.00	4.00	8.00
3.0	2010	0.985	3.938	7.877	15.754
4.0	2017	1.969	7.877	15.754	31.508
5.0	2019	3.938	15.754	31.508	63.015
6.0	2022	7.563	30.250	60.500	121.000
7.0	2025 (?)	15.125	60.500	121.000	242.000

* Throughput (taxa de transferência de dados na unidade de tempo), medido em Gbits/s (Gbps).

Os fabricantes de placa-mãe especificam a versão por slot, podendo ter na sua arquitetura mais de uma versão, como mostrado no exemplo abaixo:

O fabricante do cartão de expansão é obrigado a especificar a versão (1.0, 2.0, etc.) e o número de pistas (X1, X2, etc.), para que o usuário decida qual slot PCIe da placa-mãe irá usar para a instalação.

Escolha do slot para instalar o adaptador de rede TX201

A minha instalação do TX201 foi feita em uma placa ROG Crosshair VII Hero. Antes de fazer qualquer coisa eu entrei em contato com o suporte da TP-Link Brasil, para obter orientações e mais informação sobre as características do conector X1 do adaptador de rede TX201. Para isso, eu descrevi o layout dos slots PCIe disponíveis na placa-mãe:

O TX201 foi projetado para um slot X1 versão 2.1, indisponível na placa-mãe. Existe uma diferença de performance entre os slots 2.0 e 2.1 na quantidade operacional de bits durante o tráfego de dados, de 32 e 64 bits, respectivamente, além da maior largura de banda.

Como eu já suspeitava, o suporte me informou o seguinte, e eu cito:

“O TX201 foi projetado para ser usado em slots PCIe 2.1, que oferecem maior largura de banda e melhor desempenho em comparação com os slots PCIe 2.0. Portanto, a instalação do cartão TX201 no slot PCIe x1 2.0 resultará em uma limitação de velocidade.

 Por outro lado, você possui um slot PCIe x8 3.0 disponível em sua placa-mãe. O slot PCIe x8 3.0 possui maior largura de banda em comparação com o slot PCIe x1 2.0, o que significa que oferecerá um desempenho melhor ao utilizar o cartão TX201. O slot PCIe x8 3.0 é compatível com o cartão TX201 e permitirá que você aproveite ao máximo sua velocidade de 2,5 Gigabit.”

Com isso, todas as minhas dúvidas caíram por terra. Antes disso, eu cheguei a ler comentários de usuários na Internet afirmando que este gargalo no slot X1 2.0 não existe para a placa TX201. Pois sim. Se eu fosse me guiar pela opinião de terceiros e não do suporte técnico, estaria certamente perdendo performance, sem saber por quê.

Medições dos links antes e depois da instalação do TX201

Eu nunca tive dúvida de que a velocidade que o usuário mede em cada link é reflexo de uma série de fatores, começando pela negociação entre cliente e servidor. No novo link, a negociação começa na saída 2.5 Gbps do modem Sagemcom da operadora e vai parar na porta 2.5 Gbps do adaptador TX201 da TP-Link.

Além disso, quando se usa um software ou site de medição, é preciso considerar dois outros fatores: o tipo de servidor usado para a medição, e o tráfego de dados entre os vários nós da rede, que podem variar extemporaneamente, quando a medida é feita.

Esses são os principais motivos pelos quais a mesma medida, usando o mesmo servidor, pode mudar de um momento para o outro. Assim, manda o bom senso que, diante dessas variáveis temporais, se deva usar qualquer medida deste tipo apenas como referência, e não como valor real ou absoluto do desempenho dos componentes de rede. E pelo mesmíssimo motivo, o suporte da TP-Link me aconselhou a não levantar grandes expectativas de resultados extraordinários nas medições de velocidade da rede, com o que eu concordo totalmente.

Para medir a velocidade do link de 1 e 2.5 Gbits eu rodei o software Speedtest da Ookla, amplamente usado em muitas aplicações. O ambiente operacional é o do Windows 11 Pro.

Os resultados de medição de antes e de depois da mudança de link podem ser vistos a seguir:

Após a instalação física do adaptador TX201 no slot PCIe 3.0 X8/X4, o Windows 11 reconheceu imediatamente se tratar de um chipset Realtek e ao dar partida no sistema ele automaticamente reconheceu a conexão do link. O LED 2.5 do adaptador acendeu e confirmou a conexão de 2.5 Gbps. Por via das dúvidas, rodei o CD que vem com o TX201, vi depois que era um driver Realtek, cuja instalação não fez diferença significativa alguma, como mostra a ilustração acima.

Os resultados acima descritos sugerem que o melhor aproveitamento de dados por cabo Ethernet requer a negociação com adaptadores de velocidade acima do valor contratado. Quando o meu provimento era de 500 Mbps o adaptador Intel I211, de 1 Gbps, media mais de 540 Mbps neste mesmo link. A mesma coisa se repete agora, partindo, nesta medição, de 949.65 Mbps para 1060.45 Mbps, um aumento, segundo os meus cálculos, de 10.44%, o que não é mal.

A arquitetura final da rede na estação de trabalho

Os principais dispositivos da minha estação de trabalho são servidos por uma rede local, que eu criei décadas atrás. A primeira arquitetura planejada por esta rede, e que permanece ativa até hoje, consiste na passagem de sinal primeiro por um roteador externo ao modem da operadora. O objetivo desse roteador é servir a “Internet das Coisas” (IOT), para todos os dispositivos existentes, tipo celulares, tablets, set top boxes, TVs, etc. E como ele é externo, pode ser trocado por um modelo mais aprimorado, se for necessário.

Com a atualização para um link cabeado de 2.5 Gbps, o sinal de rede que chega ao computador vem agora diretamente do modem da operadora, já que este é provido da necessária saída. Neste caso, a multifuncional em uso passa também a receber sinal deste modem, fazendo ele assim uma ponte de ligação com o computador.

Notem que, desde o início, existem então duas redes formadas, todas as duas com conexões cabeadas e Wi-Fi. Esta arquitetura poderia muito bem ser simplificada, retirando-se da rede o roteador externo. E por que eu não fiz isso? Porque o roteador em uso, TP-Link Archer AX50, tem uma série de recursos que o modem da operadora não tem. Um desses recursos, que eu julgo ser muito importante, é o que se chama de “Smart Connect”: estabelece-se uma rede sem fio única, e a cada nova ligação com um dispositivo o roteador irá programar automaticamente as melhores condições de transmissão de sinal.

Este recurso permite que o usuário ligue tudo na rede sem fio através de um único ponto de acesso, sem precisar ficar testando ou adivinhando que tipo de sinal (2.4 ou 5 GHz) o adaptador do dispositivo conectado é melhor servido.

O diagrama abaixo mostra a arquitetura da rede local dentro da estação de trabalho, modificada agora com uma parte dotada de um link de 2.5 Gbps, e a prova de futuras mudanças de velocidade do provedor (WAN):

Uma simples instalação de um adaptador de rede de 2.5 Gbps na placa-mãe permitiu a expansão da rede local com uma despesa mínima de custos, ou seja, não foi preciso substituir a placa-mãe ou construir um computador novo para ter o mesmo resultado, mesmo que este último seja temporariamente pouco vantajoso em termos operacionais.

Já se foi o tempo, infelizmente, que eu e amigos corríamos atrás da última novidade em informática, para depois montar um computador pessoal novo, às vezes mais de um. Eu perdi a conta de quantos Intel Pentium eu usei para novas montagens, cada CPU mais veloz do que a anterior. A realidade agora é outra, com o usuário que faz montagens vendo o comércio de peças introduzir componentes a preços exorbitantes e proibitivos. Eu nunca imaginei, por exemplo, que uma placa gráfica custasse mais caro do que uma TV OLED. Pode isso?

Se eu quisesse mudar a rede atual acima descrita para apenas um roteador externo, eu teria que montar um modelo que tivesse duas portas 2.5 Gbps WAN/LAN, e estes modelos são, habitualmente, exageradamente caros. Por isso, a mudança é desnecessária e não faz sentido.

Além do mais, de uns tempos para cá o hardware usado em um micro consegue suplantar com segurança a carga de trabalho anteriormente necessária para rodar todos os programas sem qualquer gargalo na máquina. E isso se nota novamente nos slots de expansão PCIe, que permitem expandir a placa-mãe com relativo baixo custo e esforço.

Agradecimento:

Eu gostaria de agradecer ao suporte TP-Link Brasil, na pessoa do Sr. Leandro Martins, que me deu a orientação e informações sobre o TX201 que eu precisava. Sem elas, eu estaria desperdiçando a minha instalação e frustrando o objetivo de melhorar o desempenho do provimento já obtido com o sinal de 1 Gbps do provedor e de futuras expansões de sincronismo a serem oferecidas. Caso o provimento aumente de velocidade, o meu sistema operacional já estará pronto para aceitar qualquer mudança, até o limite de 2.5 Gbps do novo adaptador de rede. [Webinsider]

 

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Avanços no Wi-Fi 6 e IOT, a Internet das Coisas