Redes Ethernet e Padrão IEEE 802.3

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1 Redes Ethernet e Padrão IEEE Robert Metcalf, Xerox,

2 Barra 2

3 Barra-Estrela: HUBS 3

4 Hubs, Concentradores e Switches Hub ou Switch 4

5 Barra 5

6 Arquitetura OSI Aplicação Apresentação Sessão Transporte OSI x IEEE Rede Enlace Físico Arquitetura IEEE LLC MAC Físico 6

7 CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection 7

8 CSMA/CD Colisão Tempo T 1 T 2 T 3 8

9 CSMA/CD Estação Ativa Meio Livre? Sim Inicia Transmissão Não Retransmissão Atraso Aleatório ponderado pelo número de colisões Incrementa contador de número de colisões Colisão? Sim Interrompe Transmissão Reforço de Colisão (JAM) Não Termina Transmissão 9

10 CSMA/CD - Retransmissão Espera Aleatória Exponencial Truncada se houve colisão, espera tempo aleatório entre 0 e limite o limite é dobrado a cada colisão sucessiva até o número máximo de colisões. Se não conseguir transmitir aborta. retardo de transmissão pequeno no começo e grande depois, impedindo sobrecarga padrão IEEE 802.3: limite dobra até 10 tentativas, depois permanece inalterado até no máximo 16 tentativas 10

11 CSMA/CD Início da Transmissão A B 11

12 CSMA/CD B detecta meio livre e inicia transmissão A B 12

13 CSMA/CD Colisão A B 13

14 CSMA/CD B detecta a colisão A B 14

15 CSMA/CD A B 15

16 CSMA/CD A recebe o pacote enviado por B, e não sabe que seu pacote sofreu colisão A B 16

17 CSMA/CD Inicio da Transmissão A B 17

18 CSMA/CD B detecta meio livre e inicia transmissão A B 18

19 CSMA/CD Colisão A B 19

20 CSMA/CD B detecta a colisão A B 20

21 CSMA/CD A detecta a colisão A B 21

22 CSMA/CD M 2 C T p (Banda Básica) M é o tamanho do pacote em bits C é a taxa de transmissão da rede em bps T p é o tempo de propagação do sinal no meio (considerando retardo de repetidores) 22

23 MAC Ethernet (IEEE ) Quadro mínimo Ethernet, de acordo com as especificações IEEE 802.3: 64 Bytes 7B Preamble 1B Start Frame Delimiter 6B 6B 2B Destination Source MAC Address MAC Address Length 46 Até 1500B Data 4B FCS 23

24 Fundamentos da tecnologia Ethernet Conclusões: É preciso estar transmitindo para se detectar colisão Taxa Ethernet: 10 Mbps, logo, 1 bit a cada 0,1 µs Quadro mínimo Ethernet: 64 Bytes = 512 bits Logo, a maior distância (em tempo de tx) entre duas estações quaisquer da rede deve ser menor do que a metade do tempo de transmissão de 1 quadro mínimo Essa distância é o domínio de colisão: 25,6 µs Este é o fator limitante do alcance de uma rede Ethernet 24

25 MAC Ethernet (IEEE ) É usada a codificação Manchester, com taxa de sinalização de 20 MHz e o MAC CSMA/CD: Relógio Bits Manchester Características: Nível 0: 0 volts, nível 1: -1,2 volts Como sempre há transições, o nível médio de tensão no cabo, na presença de 1 quadro, é maior que -1,2 V Nível médio de tensão, na colisão: -1,49 a -1,63 V 25

26 Ethernet: domínio de colisão O maior caminho entre duas estações quaisquer da rede, em termo de tempo de propagação do sinal, não pode exceder 25,6 microssegundos 27

27 Ethernet: domínio de colisão Em um cabo coaxial, por exemplo, poderia-se chegar a 2800 m 28

28 Padrões do Nível Físico: IEEE Base5 (coaxial grosso - 50 ohms) 10Base2 (coaxial fino) 10BROAD36 (coaxial grosso - 75 ohms) 10BaseT (par trançado) 10BaseF (fibra ótica) 29

29 Comprimento Máximo de um Segmento Segmento Distância máxima 10Base2 10Base5 10BaseF 10BaseT 10Broad metros 500 metros Depende da tecnologia de transmissão (até 2 Km) metros 3600 metros 30

30 IEEE Base5 MAU Conector de pressão (MDI) Interface ETHERNET com MAU externo Cabo AUI Cabo Coaxial Grosso Conector AUI de 15 pinos Conector N Macho Terminador 50 Ohm 31

31 IEEE Base5 Taxa de transmissão: 10 Mbps Transmissão: Banda Básica (Baseband) Codificação: Manchester Cabeamento: Coaxial Grosso 50 Ohms (Thick Coax) Topologia física em Barramento 32

32 IEEE Base2 Cabo Coaxial Fino Interface ETHERNET com MAU interno Conector BNC Macho Conector T BNC Terminador BNC Macho 50 Ohm MDI BNC Fêmea 33

33 IEEE BaseT R Plugs RJ-45 Interface ETHERNET com MAU interno Par trançado Conector BNC Conector AUI 15 Pinos 34

34 IEEE BaseT 100 estações por Hub Distância máxima 100 metros HUB Par Trançado UTP 35

35 IEEE BaseT Taxa de transmissão: 10 Mbps Transmissão: Banda Básica (Baseband) Codificação: Manchester Cabeamento: Par Trançado Topologia física em Barramento-Estrela 36

36 Bases das extensões à rede Ethernet Segmentação do domínio de colisão Topologia em estrela com switch como nó central Funcionamento em full-duplex Aumento da taxa de transmissão Mudança do acesso CSMA/CD Envio de seqüências de quadros Manutenção da planta de cabeamento 37

37 Opções para as Extensões à rede Ethernet Ethernet Comutada (switched Ethernet) Fast Ethernet: IEEE 802.3u Ethernet Full-duplex Gigabit Ethernet 38

38 Switches Ethernet Tempo de comutação: 0,2 ms contra 1 a 2 ms para as pontes. Porta de 30 Mbps Porta de 10 Mbps Porta de 10 Mbps Porta de 10 Mbps Via de Alta Velocidade Porta de 10 Mbps Porta de 10 Mbps Porta de 10 Mbps Porta de 10 Mbps 39

39 Switches Ethernet Comutação feita por software (store-and-forward): Memória compartilhada FCS verificado antes da transferência Comutação feita por hardware (cut-through): Estabelecimento de circuito entre porta de origem e destino durante a transmissão de um quadro Latência pequena: não há detecção de erros Comutação baseada apenas no endereço MAC 40

40 Switches Ethernet: cut-through Switch Decisão sobre a comutãção... Circuito Combinacional Não há necessidade de bufferização do quadro inteiro 41

41 Fast Ethernet (IEEE 802.3u ) O quadro mínimo e CSMA/CD foram mantidos A sub-camada MAC do IEEE foi preservada As estações são ligadas em estrela a um hub ou switch central O cabeamento também pode ser preservado Única mudança: taxa de transmissão multiplicada por 10 Máximo de, aproximadamente, 205 m devido à limitação do tamanho do quadro As portas implementam auto-negociação e auto-sensing podendo operar em: 10 ou 100 Mbps (asen) e half ou full-duplex (aneg) 42

42 Ethernets full-duplex Na Ethernet compartilhada, só há um quadro válido em toda a rede em um determinado momento Mas se colocarmos um par para tx e outro para rx? Ethernet full duplex háa suspensão da detecção de colisão do protocolo de acesso ao meio. A banda entre a estação e o hub/switch é dobrada O domínio de colisão deixa de existir São necessários hubs, switches e placas específicas Existem em 10, 100 e Mbps: só ponto a ponto 43

43 Evolução das redes Ethernet Ethernet 10 Mbps ou shared Ethernet Switched Ethernet 10 Mbps Shared Fast Ethernet (100 Mbps) Switched Fast Ethernet (100 Mbps) Gigabit Ethernet: 802.3z 44

44 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z ) Principais características: Iniciativa da 3Com (Gigabit Ethernet Alliance) Opções half-duplex Mantém CSMA/CD, Quadro Há extensão (extension bits) para o quadro mínimo ter 512 bytes Pode utilizar frame bursting diminuir o overhead causado pelos extension bits full-duplex Não tem colisão 45

45 Alguns Dados IDC: cerca de 118 milhões de nós instalados IDC: 86% dos nós de rede vendidos são Ethernet Vende cerca de 30 milhões de nós / ano (GEA) 46

46 Rede de Acesso e Rede Interna Provedores de Redes Acesso Residencial Internas 10/100 Base T Serviços Locais Rede de Acesso Head End 47

47 Rede de Acesso e Rede Interna Rede de Acesso 10/100 Base T Head End... PPP APL TCP/UDP IP PPP Físico+Enlace IEEE IEEE

48 Ethernet: Referências wwwhost.ots.utexas.edu/ethernet/ethernet-home.html Consórcio Fast Ethernet: Gigabit Ethernet Aliance: 49

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