Padrões de Redes Locais

Transcrição

1 Padrões de Redes Locais

2 Padrões para Redes Locais Organizações de padronização: IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) ANSI (American National Standards Institute). ISO (International Organization for Standardization) No que se refere às redes locais o projeto IEEE 802 é o padrão mais importante da área, tendo sido subseqüentemente adotado pela ISO como base para o padrão ISO O projeto IEEE 802 foi iniciado em 1980 com o objetivo de elaborar padrões para redes locais e metropolitanas, primariamente para as camadas 1 (física) e 2 (enlace) do modelo OSI. 2

3 Padrões para Redes Locais (cont.) O comitê responsável pelo projeto é referido como IEEE Local and Metropolitan Area Network (LAN/WAN) Standards Committee. O objetivo básico do comitê é encorajar o uso de padrões. É estruturado em subcomitês. O comitê desenvolve padrões para vários tipos de redes: 802.3, Wireless LAN, Gigabit Ethernet, IEEE (Broadband Wireless Metropolitan Area Netwrok (WirelessMAN), etc. Ver 3

4 O Projeto IEEE Q µ 802.3x 802.3z a High-level Interface Virtual Bridged LANs (VLAN) Logical Link Control CSMA/CD Fast Ethernet Full Duplex Gigabit Ethernet Token-Passing Bus Token-Passing Ring Metropolitan Area Networks Broadband Technical Advisory Group Fiber Optic Technical Advisory Group Integrated Voice and Data Networks IDoENET (proposed) Network Security Wireless LANs LR-WPANs (Low Rate Wireless Personal Area Networks) 4

5 O Projeto IEEE 802 x Modelo OSI 5

6 Subdivisão da Camada de Enlace Uma característica importante dos padrões do projeto IEEE 802 é a subdivisão da camada de enlace do modelo OSI em duas subcamadas: Controle de enlace Lógico (LLC) Controle de acesso ao meio (MAC) Esta separação em duas entidades provê um mecanismo para regular o acesso ao meio (MAC) que é independente do método usado para estabelecer, manter e terminar o enlace lógico entre as estações (LLC). Isto permite que o padrão LLC possa ser aplicado a vários tipos de redes. 6

7 A Subcamada MAC É responsável por controlar o acesso ao meio de transmissão. Para isso, o protocolo de acesso deve prevenir que duas ou mais estações enviem dados para a rede simultaneamente. Para as redes 802.3, este mecanismo é o protocolo CSMA/CD. Além do controle do acesso à rede, a subcamada MAC também é responsável pela movimentação de dados para e da rede. Exemplos de funções de manipulação de frames desempenhadas pela subcamada MAC são: endereçamento MAC, reconhecimento do tipo de frame, controle de frames, cópia de frames, etc. 7

8 Funções da Subcamada MAC O endereço MAC representa o endereço físico da estação conectada à rede. Este endereço pode estar referenciando uma única estação, um grupo de estações (multicast) ou todas as estações da rede (broadcast). É através dos endereços MAC que a origem e o destino físicos dos frames são identificados. A função de reconhecimento permite que o tipo e o formato do frame possam ser identificados e reconhecidos. A função de controle de frames adiciona um preâmbulo e computa uma FCS (frame check sequence) aplicando um algoritmo ao conteúdo do frame, para fins de controle de erro. 8

9 Funções da Subcamada MAC (cont.) Uma vez que o frame chega à estação que tem o mesmo endereço que o endereço destino do frame, a estação deve copiar o frame. Esta operação move o conteúdo do frame para um buffer na placa (interface, adaptadora) de rede (NIC - network interface card). A placa remove alguns campos do frame, como o preâmbulo e o delimitador de início de frame (STX), e passa o campo de informação para uma área de memória predefinida na estação onde a placa está inserida. 9

10 A Subcamada LLC A subcamada LLC é usada para prover um link entre os protocolos da camada de rede e o controle de acesso ao meio. O link é efetivado através do uso dos SAP s (Service Access Points). Os SAP s operam de maneira semelhante a uma caixa postal, isto é, tanto os protocolos da camada de rede como o controle do enlace lógico têm acesso aos SAP s e podem deixar mensagens um para o outro. 10

11 A Subcamada LLC (cont.) Assim como nos correios, cada SAP tem um endereço distinto. Para o LLC, um SAP representa o endereço de um processo da camada de rede; para a camada de rede, um SAP representa o local onde deixar mensagens referentes aos serviços de rede requeridos pelas aplicações. Os frames LLC contém dois campos especiais de endereços, conhecidos como SAP destino (DSAP) e SAP origem (SSAP). O DSAP especifica o processo receptor da camada de rede. O SSAP especifica o processo transmissor da camada de rede. 11

12 Subcamadas Adicionais A padronização de redes de velocidades maiores que 10Mbps resultou em uma subcamada adicional na camada de enlace, além da subdivisão da camada física. No caso das redes Fast Ethernet, por exemplo, esta subdivisão tornou-se necessária pois desejava-se suportar diferentes mídias com um único padrão. Isto requereu da camada física ser independente da camada de enlace, pois podem existir diferentes esquemas de codificação para diferentes tipos de mídias de transmissão. 12

13 Subcamadas Adicionais (cont.) Para manter o mesmo o método de acesso provido pelo protocolo CSMA/CD e ao mesmo tempo suportar uso de diferentes mídias e conectores foi introduzida uma subcamada física dependente do meio de transmissão. Esta subcamada é denominada PMD - Physical Medium- Dependent Sublayer. Devido ao fato de diferentes esquemas de codificação de dados serem usados para suportar a taxa de 100 Mbps em diferentes tipos de mídia, uma subcamada de codificação física também foi introduzida. Esta subcamada, denominada Physical Coding Sublayer, define os métodos de codificação usados para transmitir em diferentes tipos de mídia. 13

14 Subcamadas Adicionais (cont.) Mapear as mensagens desta camada no meio de transmissão resultou nas funções da subcamada PMA - Physical Medium Attachment. Já na camada de enlace, uma Reconciliation Sublayer foi introduzida com a finalidade de compatibilizar o sinal da camada física com o sinal do MAC. 14

15 Exemplo: Fast Ethernet 5 15

16 O Padrão Ethernet - Origens O início do desenvolvimento da tecnologia Ethernet ocorreu na Xerox PARC. O sistema resultante, que operava a 2.94 Mbps, conectava 100 computadores num cabo coaxial de 1km e usava o método de acesso CSMA/CD. Conceitos chave da tecnologia (uso de um canal compartilhado e escuta do meio antes da transmissão) foram derivados dos trabalhos pioneiros de acesso por contenção do projeto Slotted-Aloha, uma rede baseada em rádio transmissão desenvolvido na University of Hawaii no início dos anos 70. O projeto Aloha também foi pioneiro na subdivisão da transmissão em frames, que forma a base para as redes de comutação de pacotes atuais. 16

17 Evolução do Padrão Ethernet Durante os anos 70, antes da sua exploração comercial, o Ethernet mudou de nome algumas vezes (Alto Aloha Network, Xerox Wire). No início dos anos 80 a Xerox juntou-se à Digital e à Intel com o intuito de efetivar o Ethernet (10 Mbps) como um padrão industrial de LAN s. Este padrão chamou-se Ethernet DIX ( Blue Book Standard - Ethernet v.1) O protocolo foi revisado em 1982, passando então a chamar-se definitivamente Ethernet (Ethernet v.2, Ethernet II). Uma forma alterada do protocolo foi depois definido como padrão pelo IEEE (802.3) e adotado também pela ISO (8802). 17

18 O que é o Padrão Ethernet? O Ethernet é um padrão para redes locais em barramento, utilizando o método de acesso ao meio por contenção CSMA-CD. A principal diferença entre o DIX Ethernet e o IEEE é a inclusão do cabeçalho LLC. O padrão originalmente desenvolvido foi baseado no uso de cinco componentes de hardware: Um cabo coaxial; Um transceiver; Um transceiver cable; Um cable tap; Uma interface controladora (controladora Ethernet). 18

19 Componentes de hardware Tick Ethernet IEEE 10BASE

20 O Cabo Coaxial Grosso Embora o par trançado seja relativamente barato e fácil de usar, as pequenas distâncias entre as tranças funcionam como antenas para a recepção de interferência eletromagnética e de rádio frequência (ruído). Isto restringe o seu uso às redes com pequenas distâncias. O cabo coaxial foi escolhido à época por ser adequado para interconexão a grandes distâncias. O cabo coaxial grosso ( tick ethernet ), de 50 Ω, possui uma marca a cada 2.5m indicando onde a conexão deve acontecer (distância mínima entre taps). Um máximo de 100 transceivers podem ser colocados em um único segmento de rede. 20

21 Seção de um Cabo Coaxial 5 21

22 Redes Ethernet com Cabo Coaxial Grosso 5 22

23 O Cabo Coaxial Fino O segundo tipo de cabo usado em redes Ethernet é o coaxial fino ( thin ethernet ), de 50 Ω, que é mais flexível que o anterior, porém alcança uma distância de transmissão de apenas 1/3 do cabo grosso. Entretanto, é mais barato e usa conectores BNC. Quando o IEEE padronizou as redes 802.3, os cabos coaxiais receberam a denominação 10BASE5 (cabo grosso) e 10BASE2 (cabo fino). Um cabo coaxial deve ser terminado com um conector série-n ( terminador ). Este conector evita reflexão elétrica do sinal e também age como terra. 23

24 Conectores BNC e T 5 24

25 Terminadores 5 25

26 Redes Ethernet com Cabo Coaxial Fino 5 26

27 O Transceiver O transceiver ( transmitter-receiver ) contém a lógica necessária para transmitir e receber os sinais carregados pelo cabo coaxial. Contém um tap que, quando pressionado contra o cabo, penetra-o e faz contato com o condutor central. Na nomenclatura do IEEE o transceiver é conhecido como MAU - Media Attachement Unit. O transceiver é responsável pela detecção da portadora e detecção de colisão. Quando uma colisão é detectada o transceiver coloca um sinal especial no cabo ( jam ), que possui duração suficiente para se propagar no barramento e informar aos outros transceivers que uma colisão ocorreu. 27

28 O Transceiver (cont.) 5 28

29 O Padrão IEEE Nível Físico O nível físico da norma pode ser de diferentes tipos. Assim, para proporcionar uma certa independência relativamente ao nível MAC este nível está estruturado em dois sub-níveis: Physical Signaling (PLS) É responsável por gerar e detectar os sinais elétricos (código manchester, por exemplo). Serve de interface do nível físico com o MAC. Esta interface é independente do tipo de meio físico, sinal e codificação utilizada na transmissão. Physical Medium Attachment (PMA) Parte dependente do meio físico, é implementada por uma unidade funcional denominada MAU Medium Access Unit, que se conecta diretamente ao meio, transmite e recebe sinais do meio e identifica colisões. 29

30 O Padrão IEEE Nível Físico Para garantir independência entre estes dois sub-níveis, a interface entre eles está normalizada, sendo conhecida por Attachment Unit Interface (AUI), normalmente materializada por um conector D de 15 pinos. A interface do PMA com o cabeamento é conhecido por MDI ( Medium Dependent Interface ). 30

31 O Padrão IEEE Nível Físico 31

32 O Padrão IEEE Nível Físico Os vários tipos de nível físico alternativos para a norma 802.3, são normalmente representadas segundo a seguinte convenção: TTbaseD ou TTbroadD As letras TT são substituídas pela taxa de transmissão nominal em Mbit/s, a letra D é substituída pelo comprimento máximo de cada segmento, em centenas de metros. Os segmentos podem ser interligados por repetidores, o comprimento máximo que toda a rede pode ter é designado domínio de colisão. As abreviaturas base e broad são utilizadas conforme se trate de banda base ( baseband - sinais digitais) ou banda larga ( broadband - sinais analógicos). 32

33 O Padrão IEEE Nível Físico 33

34 O Padrão IEEE Nível Físico 34

35 O Padrão IEEE Nível Físico 35

36 O Padrão IEEE Nível Físico 36

37 IEEE Base5 37

38 IEEE Base2 38

39 IEEE Base-T 39

40 IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet) 1000Base-T (IEEE 802.3ab) É a tecnologia mais viável, caso a rede possua menos de 100 metros, pois ela utiliza os mesmos cabos par-trançado categoria 6 que as redes de 100 Mbps atuais. Além de não necessitar a compra de cabos, não são necessários ajustes maiores para suportar esta tecnologia, e com a utilização de switches compatíveis, podem ser combinados nós de 10, 100 e 1000 megabits, sem que os mais lentos atrapalhem no desempenho dos mais rápidos. Existe o problema da resistência física dos cabos de par-trançado: eles são frágeis, ocasionando, por vários motivos, a perda de desempenho. Como a taxa de transmissão é maior, o índice de pacotes perdidos acaba sendo muito maior que nas redes 100 megabits. No 1000Base-T o número de pares usados difere dos padrões anteriores. Ele utiliza os quatro pares disponíveis no par trançado; por este motivo, que ele consegue transmitir a 1000 mbps, diferentemente dos que utilizam somente dois pares desse cabo. 1000Base-CX A tecnologia 1000base-CX é o padrão inicial para Gigabit Ethernet sobre fio de cobre com alcance de, no máximo, 25 metros. O cabeamento é feito com cabos STP (Shielded Twisted Pair ou Par Trançado Blindado). Uado em aplicações específicas, onde o cabeamento não é feito por usuários comuns (ex: IBM BladeCenter usa 1000BASE-CX para conexão Ethernet entre os servidores blade e os módulos de comutação. 40

41 IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet) 1000BASE-SX (short wavelength) Esta tecnologia emprega fibras ópticas nas redes e é recomendada para distâncias de até 550 metros. Possui quatro padrões de lasers. Com lasers de 50 microns e freqüência de 500 MHz, o padrão mais caro, o sinal é capaz de percorrer os mesmos 550 metros dos padrões mais baratos do 1000Base-LX. O segundo padrão também utiliza lasers de 50 mícrons, mas a freqüência cai para 400 MHz e a distância para 500 metros. Os outros dois padrões utilizam lasers de 62.5 mícrons e freqüências de 200 e 160 MHz, por isso são capazes de atingir apenas 275 e 220 metros, respectivamente. Pode utilizar fibras do tipo monomodo e multimodo, sendo a mais comum a multimodo (mais barata e de menor alcance). 1000BASE-LX (long wavelength) Esta é a tecnologia mais cara, pois atinge as maiores distâncias. Se a rede for maior que 550 m, ela é a única alternativa, sendo capaz de atingir até 5km utilizando-se fibras ópticas com cabos de 9 mícrons. Caso se utilize cabos com núcleo de 50 ou 62.5 mícrons, com freqüências de, respectivamente, 400 e 500 MHz, que são os padrões mais baratos nesta tecnologia, o sinal alcança até 550 metros, compensando, neste caso, o uso da tecnologia 1000Base-SX, que alcança a mesma distância e é mais barata. A tecnologia 1000baseLX é utilizado com fibra do tipo monomodo, por este motivo que ela pode 41 alcançar uma maior distância em comparação com o padrão 1000Base-SX.

42 IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet) 42

43 IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet) 43