Redes Ethernet. Padrão IEEE 802.3

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1 Padrão IEEE Redes Ethernet Desenvolvido pela Xerox, Digital e Intel em meados de 1972 Largura de banda de 3 Mbps, utilizando cabo coaxial É a Rede Local mais antiga e popular da atualidade Utiliza o conceito de acesso partilhado a um meio comum de 10 Mbit/s Estima-se que mais de 90% das redes Locais instaladas a nível mundial são do tipo Ethernet

2 Redes Ethernet Padronizada posteriormente a 10 Mbps pelo IEEE Foi baseada na topologia em barramento Protocolo de acesso ao meio CSMA/CD Sinalização digital Manchester Nomenclatura utilizada para definição do meio físico, taxa de transmissão e tipo de modulação 10Base2 10Base5 10BaseT 10BaseFL

3 Redes Ethernet Cabo Coaxial (10Base2)

4 Redes Ethernet

5 Redes Ethernet Cabo Coaxial Grosso (10Base5)

6 Redes Ethernet

7 Redes Ethernet Par Trançado (UTP 4 e 24 pares) 10BaseT

8 Redes Ethernet

9 Redes Ethernet

10 Redes Ethernet

11 Redes Ethernet Fibra Óptica 10BaseFL

12 Redes Ethernet

13 Redes Ethernet Arquitetura IEEE Arquitetura MR-OSI Interface LLC/MAC (SAP) Interface MAC/PLS (SAP) Camadas Superiores Subcamada de Controle de Enlace Lógico (LLC) Subcamada de Controle de Acesso ao Meio (MAC) Sinalização de Camada Física (PLS) Camada Aplicação Camada Apresentaçào Camada Sessão Camada Transporte Unidade de Ligação com o Meio (MAU) Transceptor (Ex.: 10 Base T) (PMA) Meio de Transmissão Interface AUI Interface dependente do meio (MDI) Camada Rede Camada Enlace Camada Física

14 Redes Ethernet-CSMA/CD O CSMA/CD é um método de acesso ao meio As estações verificam se o meio físico esta sendo utilizado Se o meio estiver livre, a estação pode transmitir As demais continuam a monitorar o meio aguardando a sua oportunidade de transmitir Método desenvolvido para topologia lógica em barramento É repetido a cada quadro transmitido Entre um quadro e outro existe um pequeno intervalo, o Interframe Gap, que possibilita a outra estação o controle do meio

15 Redes Ethernet-CSMA/CD Estação Pronta para Transmitir Meio ocupado? não sim Espera de acordo com O algoritmo de backoff Transmite Dados Detectou Colisão? não Transmissão Completa sim Transmite Sinal de JAN

16 Redes Ethernet-CSMA/CD Colisão Duas estações transmitem ao mesmo tempo Há a sobreposição dos sinais elétricos A Informação transmitida é corrompida As colisões ocorrem em um determinado domínio de colisão

17 Redes Ethernet-CSMA/CD O algoritmo backoff determina o número (r) detime slots(τ)que o terminal deverá esperar após uma colisão, antes de fazer uma nova tentativa de transmissão time slot τ= 2t p t p Nesta expressão é o tempo de propagação máxima pelo meio

18 No caso de haver uma colisão, todos os terminais que colidiram param de transmitir e determinam o instante de uma nova tentativa de transmissão a partir do algoritmo backoff No Ethernet, o algoritmo é do tipo binário exponencial, definido por: em que mrepresenta o limite máximo superior de time slotsde espera e iindica o número de colisões Redes Ethernet-CSMA/CD m = (2 i 1)

19 Redes Ethernet-CSMA/CD O terminal retransmite notime slot r, escolhido arbitrariamente no intervalo dado por: ( 0 r m) No caso da IEEE o número máximo para a variável i é 10 i = 1 escolha entre (0,1) i = 2 escolha entre (0,1,2,3) i = 3 escolha entre (0,1,2,3,4,5,6,7)

20 Formato de Quadros MAC Existem duas versões de quadros MAC em redes do tipo ETHERNET: Uma para redes que utilizam VLAN (após 1998) E outra para as que não utilizam A diferença entre os dois é que o quadro MAC possui 4 Bytes a mais quando se utiliza VLAN

21 Formato de Quadros MAC

22 Formato de Quadros MAC Preâmbulo-seqüência com violação de código para detectar o início do quadro. Formato , a codificação Manchester deste padrão produz uma onda quadrada de 5,6 µseg que permite à estação de destino sincronize seu clock com a de origem SD(Start Deliniter) -estabelecer o sincronismo à nível de byte e de quadro Endereço Destino/Fonte -endereço físico da placa de rede do hospedeiro, definido pelo próprio fabricante da placa

23 Formato de Quadros MAC Lenght -Rede IEEE 802.3, indica o comprimento do quadro MAC em bytes Type -Rede Ethernet DIX, se o valor dos dois bytes for menor que 1500 (hexa <05CD), indica tamanho do quadro, caso contrário, indica o protocolo de rede. Por exemplo type = 2048 (hexa 0800), indica um datagrama IP no campo de dados. Dados: Este campo pode conter tanto um quadro LLC (rede IEEE 802.3) como um pacote IP (Rede Ethernet DIX).

24 Formato de Quadros MAC PAD -(0 46) bytes de enchimento para quando não há dados suficiente e o pacote atenda à exigência de ter no mínimo 64 bytes Checksum -CRC de 32 bits

25 Fast Ethernet Evolução do padrão anterior para transmissão a 100Mbps Normatizado pelo padrão IEEE 802.3u Utiliza o mesmo quadro de transmissão (quadro MAC) e o mesmo método de acesso CSMA/CD Meios físicos definidos: par trançado e fibra óptica O tempo total de propagação do sinal diminuiu Por este motivo, será possível ter no máximo 2 repetidores por domínio de colisão

26 Fast Ethernet Meios de Transmissão padronizados:a rede pode ser implementada em três tecnologias de transmissão e respectivos meios: -100Base-TX-Operação semiduplex ou duplex em dois pares, UTP categoria 5 ou STP. -100Base-T4-operação semiduplex com 4 pares de fios do tipo UTP categoria 3, 4, ou 5-100Base-FX; operação duplex e semiduplex sobre dois cabos de fibra ótica multimodo ou monomodo

27 Fast Ethernet Distâncias limites : -100Base-TX até 100m - 100Base-T4 até 100m -100Base-FX até 2000m Auto-negociação:Os dispositivos Fast Ethernet normalmente possuem uma lógica que permite aos adaptadores Fast Ethernet, Hubs ou Switch, detectar se o equipamento ligado a ele é de 10 ou 100 ou 1000 Mbit/s e desta forma, o dispositivo se ajusta automaticamente à taxa suportada pela conexão

28 Gigabit Ethernet Nova tecnologia de transmissão em redes locais em que a taxa de transmissão é aumentada de uma ordem de grandeza em relação à Fast Ethernet (IEEE u), passando para 1000 Mbit/s (1 Gbit/s), mantendo-se porém o protocolo de acesso MAC tradicional CSMA/CD Surgiu no final de 1996, quando foi instituída a Força Tarefa IEEE z (Task Force) com o objetivo de definir os padrões para a Ethernet de 1000Mbit/s. O padrão definitivo foi aprovado em 1998

29 Utiliza formato de quadro MAC padrão Ethernet tradicional, com tamanho variando entre 1518 a 64 bytes. Está sendo estudado um aumento no tamanho máximo do quadro Mantém compatibilidade de endereçamento com as tecnologias baseadas em Ethernt e Fast Ethernet Transmissão duplex a 2000Mbit/s (2 Gbit/s) em ligações ponto a ponto entre switch/switch ou estação/switch, sem CSMA/CD, ou transmissão semiduplex em meio partilhado segundo o algoritmo CSMA/CD Gigabit Ethernet

30 Gigabit Ethernet Pode utilizar par trançado ou fibra óptica Fibra 1000BASE-SX e 1000BASE-LX Par trançado BASE-T Cabos U/UTP categoria 5 Transmite em 4 pares bidirecionalmente Cada par transmite 250Mbps nas duas direções Par trançado BASE-TX Cabos categoria 6 4 pares 500Mbps cada par Cabos categoria 6A ou 7 Transmissão em apenas 2 pares

31 Gigabit Ethernet Switch Switch WS WS WS WS Servidor HUB Servidor HUB WS WS WS WS WS WS WS WS Conexão duplex a 2 Gbit/s Conexão semiduplex, por demanda, a 1 Gbit/s (CSMA/CD)

32 10 Gigabit Ethernet Foi desenvolvido para atender somente em modo full-duplex Padronizado pelo IEEE 802.3ae Utiliza par trançado e fibra óptica Mesmo com o surgimento de uma versão para par trançado, a utilização do CSMA/CD foi abandonada

33 Ethernet com CSMA/CD -Limitações Definição de Eficiência de Transmissão De maneira geral podemos definir a eficiência de transmissão ou eficiência na utilização do canal, pela razão entre o tempo efetivo de transmissão da informação e o tempo total gasto na transmissão Bloco de Informação com M bits Tempo para transmitir o bloco: M/C Tempo Morto entre blocos t Próximo bloco Tempo C: taxa de transmissão Tempo total gasto para transmitir o bloco

34 Ethernet com CSMA/CD -Limitações Sempre que queremos obter a eficiência na utilização efetiva de um meio podemos considerar um valor médio M dos blocos de informação, que será transmitido em um tempo M/C, dividido pelo tempo totalgasto,m/c+dt Céataxadetransmissãonocanale1/Ccorresponde ao tempo para transmitir um bit Eficiência de Transmissão: E = MC MC + t

35 Ethernet com CSMA/CD -Limitações Os quadros Mi possuem um tamanho variável e o intervalo de contenda Dti entre os quadros também são de largura variável SeutilizarmosumvalormédioMparaosquadrosdo nívelmaceconseguirmosumvalormédioparadt,o cálculo da eficiência na utilização do canal numa rede Ethernet recai na expressão anterior M1 M2 M3 M4 M5 t1 t2 t3 t4 t5 Transmissão real numa barra de uma rede Ethernet tempo

36 Ethernet com CSMA/CD -Limitações O intervalo de contenda t, portanto, varia segundo múltiplos inteiros de time slots τ O nosso problema, portanto, se reduz ao cálculo do número médio de time slots em um intervalo de contenda Para isto vamos fazer algumas hipóteses que simplificarão esta tarefa

37 Ethernet com CSMA/CD -Limitações Vamos assumir que a rede tenha uma carga constante e do tipo pesada com k estações sempre prontas para transmitir Vamos assumir também que a probabilidade de transmissão de qualquer um dos terminais em um time sloté constante e igual a p. A probabilidade de que uma das k estações transmita no time slotserá dado por: p( 1 p) k 1

38 Ethernet com CSMA/CD -Limitações Chamando de Aa probabilidade de que qualquer uma das k estações transmita no time slot, será dado por: A = kp( 1 p) k 1 Esta expressão será maximizada (carga pesada) na hipótese de p ser eqüiprovável e portanto p=1/k. Substituindo na expressão de A acima obtemos: A otimo = k 1 k k 1

39 Ethernet com CSMA/CD -Limitações Esta probabilidade é plotada na figura abaixo: Probabilidade de Sucesso 1,0 0,8 0,6 0,4 1/e = 0,36 0, Número de Estações prontas para transmitir

40 Ethernet com CSMA/CD -Limitações

41 Ethernet com CSMA/CD -Limitações RelaçãoentreVazãoeAtraso UmdomíniodecolisãodeumaredeEthernetpode sersimuladoatravésdeummodelodeteoriadefilas ou uma expressão analítica. A curva típica que relaciona atraso e carga pode ser:

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