2 Tecnologias de redes locais

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1 2 Redes locais 2 Tecnologias de redes locais 1/27

2 Tecnologias de redes Locais 2.6 REDES locais 2.6 Rede Ethernet 2/27

3 Tecnologias de redes Locais IEEE802 Normalizações LAN Redes Locais IEEE 802 Normalizações LAN e o modelo OSI Modelo por camadas normalizado IEEE até ao nível 2 OSI (ligação de dados) Extende o serviço datagrama oferecido pela camada MAC Mecanismos de controlo de erros e retransmissão Serviços HDLC do tipo Unacknowleged (LLC tipo1) Serviços HDLC do tipo orientado à ligação (LLC tipo2) Permite a troca de informação entre LAN s com diferentes protocolos MAC Coordena o acesso ao meio partilhado Endereça os computadores na rede (MAC Address) Providencia a transferência dos datagramas modo connectionless Não providenciam mecanismos de controlo de erros (Apenas verificam CRC) 3/27

4 Tecnologias de redes Locais Meios Físicos transmissão Meios físicos de transmissão Par entrançado A proximidade entre o cabo de sinal e a massa, leva a que o ruído devido a interferências electromagnéticas externas seja induzido em ambos os condutores, reduzindo o seu efeito na diferença do sinal O entrelaçamento dos cabos reduz a diafonia Balanceados Sem malha de protecção exterior UTP Unshielded twisted pair Com malha de protecção exterior STP Shielded twisted pair TX+ TX- RX+ NC NC RX- NC NC 4/27

5 Meios físicos de transmissão Par entrançado Divisão em categorias UTP Norma EIA-568-A 5/27

6 Tecnologias de redes Locais Rede Ethernet Rede Ethernet 6/27

7 Rede Ethernet História História -DIX Desenvolvida em meados dos anos 70 por Robert Metcalfe na XEROX para interligar estações de trabalho No início dos anos 80, foi completado um standard pela DEC, IBM e Xerox - DIX operando a 10 Mbps sobre cabo coaxial 1985 ethernet DIX foi a base para o standard IEEE (Diferem principalmente no cabeçalho da trama) Relatório original da ethernet publicado no ACM Primeiros desenhos de Robert Metcalfe No centro de pesquisa da Xerox de Palo Alto ( 7/27

8 A camada física Normalização IEEE Ethernet Notação Várias configurações para camadas físicas existentes para as redes Notação para as diferentes configurações físicas <Débito Binário em Mbps><Tipo de sinalização><tamanho máx. segmento em centenas de metro> 8/27

9 A camada física Normalização Ethernet a 10 Mbps 10Mbps Várias configurações para camadas físicas existentes para as redes Especificações a 10 Mbps 10Base5 10Base2 10Base-T 10BaseF Meio Transmissão Cabo Grosso Coaxial 50 Ohm Cabo Fino Coaxial 50 Ohm Par entrançado Fibra óptica 850nm Sinalização Banda Base Codificação Manchester Banda Base Codificação Manchester Banda Base Codificação Manchester Banda Base Codificação Manchester ou On OFF Topologia BUS BUS ESTRELA Ponto a ponto Comprimento máx Segmento (m) Nós por segmento /27

10 A camada física FastEthernet Normalização 802.3u Ethernet a 100Mbps ou Fast Ethernet Especificações 802.3u a 100 Mbps 100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-T4 Meio Transmissão Cabo STP 2 pares Cabo UTP Cat 5 2 pares Fibra Optica Multimodo UTP cat 3 4 pares (Voice Grade) Sinalização 4B5B-NRZI+MLT-3 4B5B-NRZI+MLT-3 4B5B-NRZI 8B6T-NRZ Topologia ESTRELA / PTP ESTRELA / PTP ESTRELA / PTP ESTRELA / PTP Comprimento máx Segmento (m) BASE-T4. Opera unicamente no modo HALF-DUPLEX - 100BASE-TX/FX. Operam em FULL-DUPLEX. 10/27

11 A camada física GigabitEthernet Normalização 802.3z Ethernet a 1000Mbps ou Gigabit Ethernet Especificações 802.3z a 1000 Mbps 1000BaseSX (Short Wave) 1000BaseLX (Long Wave) 1000BaseCX 1000BaseT Meio Transmissão Fibra óptica multimodo Fibra óptica monomodo Cabo Cobre com Malha Cabo entrançado Cat. UTP Sinalização 8B10B 8B10B 8B10B 8B10B Topologia ESTRELA ESTRELA ESTRELA ESTRELA Comprimento máx Segmento (m) 550m 5 Km 25m 100m 11/27

12 A camada física Normalização Ethernet Extensão do segmento - Comprimento máximo do segmento = 500m (10BASE5) e 185m (10BASE2) - Pode ser estendido recorrendo a repetidores de sinal - Os repetidores não isolam colisões nem broadcasts - Aumentam os atrasos de propagação do sinal 12/27

13 A camada física Normalização Ethernet 10BASET Topologia em Estrela Distância do HUB à Máquina máxima de 100m <=100m HUB (Concentrador de rede) Fisicamente é um BUS, com 1 único domínio de colisão 13/27

14 A camada física Comutador Ethernet (Switch) Switch Ehernet Permitem evitar completamente as colisões É um comutador de pacotes, para tramas Ethernet que actua ao nível 2 (MAC) do OSI - data link Cada porto é isolado, e cria o seu próprio domínio de colisão HUB => 1 domínio de colisão SWITCH => Vários domínios de colisão 14/27

15 Subcamada MAC IEEE Tecnologias de redes Locais SubCamada MAC 15/27

16 Subcamada MAC IEEE Controlo de acesso ao meio Acesso ao meio Utilização CSMA-CD (modo 1-persistente do CSMA modificado. Espera 9.6uS antes de transmitir se o meio estiver livre IFG ou Inter Frame Gap) Cada estação espera até o canal estar desocupado, envia os dados após 9.6us de espera Durante a transmissão a estação mantêm-se à escuta de colisões (CSMA/CD) Caso ocorra colisão, pára imediatamente de transmitir, envia sequência a reportar colisão (JAM) e espera período aleatório de tempo Caso não ocorra nenhuma colisão em 2x T p, a estação captura o canal Ethernet Slot Time = 2x T p + margem de segurança (2.69) - O Slot Time limita o tamanho da trama, de modo a ser possível a detecção de colisões 16/27

17 Subcamada MAC IEEE Algoritmo exponencial de Backoff (Truncated Exponential backoff) O tempo é seleccionado entre 0 e 2 k 1 k Uniformemente distribuído entre n e 10 Não aumenta o tempo após 10ª retransmissão Desiste após 16 colisões Exponential Backoff - Algoritmo para cálculo do tempo que uma máquina espera para retransmitir após uma colisão de tramas com min ( n,10) k = e n nº de retransmissões Algoritmo: Inicializa Slot Time = 2tp Após 1ª Colisão espera 0 ou 1 slot times Após n Colisões espera um número aleatório entre 0 e 2 k -1 slot times Desiste após 16 colisões While Attempts < AttemptLimit K = min (Attempts, BackoffLimit) Backoff delay = Random (0, 2 K -1) x SlotTime 17/27

18 Subcamada MAC IEEE Diâmetro máximo da rede Diâmetro da rede Definidos para a norma mais restritiva: 10BASE5 5 Segmentos ligados por 4 repetidores 3 Segmentos com máquinas 1 domínio de colisão com 1024 máquinas 2 ligações ponto a ponto entre repetidores (sem máquinas) Comprimento máximo do segmento S n = 500m A R1 R2 R3 R4 C S1 S2 S3 S4 S5 B 18/27

19 Subcamada MAC IEEE Diâmetro máximo da rede Cálculo diâmetro máximo da rede A 25.6us, ou metade do Slot Time R1 R2 R3 R4 C Tempo máximo de processamento na máquina: Atraso de propagação máximo de cada repetidor: Atraso de propagação máximo de cada segmento: Tempo de bit = t b 1 = 10Mbps = 0.1μs S1 S2 S3 S5 M n = 1.1μs R n = 2.3μs t p d 500 ( n) = S n = = = 8 vp μs Tempo de propagação total t p = 5 S + 4R + 2M = 5 2.5μs μs μs = 23. 9μs n n n (2.70) Margem de segurança: δ = 3. 4μs Slot Time: 2 t + δ = 51. 2μs s p s (2.71) Tamanho mínimo de trama: L Tx 2t p + s 51.2μs L 10Mbps 51.2μs 512bit R δ (2.72) 19/27

20 Subcamada MAC IEEE Diâmetro máximo da rede Limitação no tamanho máximo da trama MAC Caso uma estação capture o canal, garante-se que não haverá colisões, pelo que esta ocupará o canal só para si enquanto tiver dados para transmitir. É especificado um limite máximo de 1518 bytes (excluindo preâmbulo e SD) para Carga máxima teórica (aproximada) da rede O tempo de propagação a tem enorme impacto no desempenho da rede ethernet a = 0.01 ρ = max a = 0.2 ρ = ρ max Devido ao CSMA/CD max a Atrasos médios na rede ethernet Atrasos aumentam drasticamente com a carga devido às colisões Análise matemática dos atrasos virtualmente impossível Regra empírica de dimensionamento A carga média na rede nunca deve exceder os 50% da capacidade, sendo boa prática apontar para valores de 30% Para segmentos de 10Mbps tenho uma carga efectiva de 3Mbps 20/27

21 Subcamada MAC IEEE Estrutura da trama MAC Tecnologias de redes Locais Estrutura da trama TRAMA MAC IEEE Octetos ( ) 7 Onda Quadrada para sincronismo Endereçamento camada 2 Informação Delimitador de trama Comp. Campo Informação Notas: CRC-32 Garante funcionamento do CSMA/CD O tamanho da trama é variável de 64 a 1518 bytes excluindo preâmbulo e SD O tamanho o campo informação varia entre 46 e 1500 Bytes (Overhead = 18 bytes, exc. Preamb. e SD) O FCS é calculado sobre todos os campos excepto Preâmbulo, SD e FCS Polinómio gerador: 21/27

22 Subcamada MAC IEEE Endereçamento Endereço MAC (MAC Address) Endereçamento ( OUI Endereço universal Endereço 48 bit Host Number 3 bytes 3 bytes Endereço Universal: Sequência de 6 octetos Primeiros 3 octetos :OUI Organizational Unique Identifier Identifica o fabricante. Ex: 2 24 Permite endereços ( 3 octetos) por OUI (Pode haver vários OUI por fabricante) C 3Com C Cisco 22/27

23 Subcamada MAC IEEE Representação dos endereços Forma canónica ou hexadecimal - O MAC é representado pela ordem dos bits em memória. Usada nas redes Ethernet B E Forma não canónica ou binária - O MAC é representado pela ordem de transmissão dos bits no meio físico Usado nas redes Token Ring e FDDI 80-0C-6D A Passagem da forma canónica a não canónica: Troca do MSB e LSB de cada octeto 23/27

24 Subcamada MAC IEEE Endereçamento I/G bit 1º bit (o mais à esquerda) na representação binária ou não canónica - Significado apenas como Endereço de Destino - 0 Endereço Unicast -> Endereço único da placa do computador de destino - 1 Endereço Multicast -> Endereço atribuído para uma aplicação multicast. Identifica um grupo de computadores de destino - Endereço Broadcast -> Endereço que significa Todas as estações representado pelos 6 bit a 1 Hexa: FF-FF-FF-FF-FF-FF U/L bit 2º bit (o mais à esquerda) na representação binária ou não canónica - 0 Endereço Universal -> O adaptador de rede usa o seu MAC Address em ROM - 1 Endereço Administrado Localmente -> O endereço pode ser alterado pelo administrador: Poderão surgir endereços duplicados 24/27

25 Resumo 2.6 Redes Locais Introdução Normalização IEEE 802 Meios Físicos de transmissão Rede ethernet Nota histórica DIX IEEE IEEE 802.3u Fast Ethernet IEEE 802.3z GIgabit Ethernet Hubs e Switches Subcamada MAC IEEE Acesso ao meio Diâmetro da rede Estrutura da trama Endereçamento 25/27

26 Referências Leon Garcia Communication Networks,, Cap. VI Spurgeon Ethernet The definitive Guide (CapCap I, II, IV, V) Gilbert Ethernet Networks,, Design, Implementation, Operation and Management (Cap III, IV) HALSALL Data communications, Computer Networks and Open Systems (Cap. VI LAN Protocols) Stallings Data and Computer communications Cap. XV (LAN s) Tannembaum Computer Networks Cap.IV (Medium( Acess Control Sublayer) 26/27

27 FIM 27/27

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