Ethernet. Romildo Martins Bezerra CEFET/BA Redes de Computadores II

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1 Ethernet Romildo Martins Bezerra CEFET/BA Redes de Computadores II Ethernet... 1 Por que rede?... 2 Ethernet... 2 A subcamada MAC... 3 Frame... 4 Endereçamento... 4 Camada Física... 4 Pesquise... 5 Temas para trabalhos... 5 Bibliografia... 5 As notas de aulas são referências para estudo. Portanto não devem ser adotadas como material didático absoluto! Versão /08/2008

2 Por que rede? Uma rede permite a troca de informações (envio e recebimento) entre computadores. Talvez nós nem tenhamos idéia da quantidade de vezes que acessamos informações em redes de computador. A Internet certamente é o maior exemplo de rede de computadores, com milhões de máquinas conectadas ao redor do mundo, mas as pequenas redes desempenham um papel importante na busca diária de informações. Muitas bibliotecas públicas substituíram os cartões em papel por terminais de computador. Assim, é mais fácil e rápido procurar os livros. Os aeroportos têm inúmeras telas que exibem informações sobre vôos. Muitas lojas têm computadores especializados que controlam transações de pontos-de-venda. Em cada um desses casos, as redes oferecem diferentes dispositivos em diversas localidades que acessam uma informação compartilhada. [1] Formalmente a definição de rede de computadores consiste em uma ligação entre dois ou mais computadores (ou outros dispositivos: palm, celular, etc.) ligados entre si e compartilhando recursos (dados, impressoras, etc.). Existem várias formas/recursos/equipamentos que podem ser interligados e compartilhados, mediante meios de acesso, protocolos e requisitos de segurança. Dentro deste contexto, trabalharemos com o padrão Ethernet (camada de enlance) e o padrão TCP/IP para as camadas superiores. Ethernet Como visto na disciplina telemática, uma LAN é uma rede de computadores desenvolvida para cobrir regiões geograficamente pequenas, e neste universo de LANs espalhadas pelo mundo o padrão mais utilizado a nível de enlace é o protocolo Ethernet. O padrão Ethernet foi originalmente desenvolvido para funcionar a 10Mbps através de uma conexão via cabo coaxial. Com isso, todas as comunicações aconteciam em um mesmo fio, qualquer informação enviada por um computador era recebida por todos os outros, mesmo que a informação fosse destinada para um destinatário específico. Para isso, a placa de interface de rede descarta a informação não endereçada a ela, interrompendo a CPU somente quando pacotes aplicáveis eram recebidos, a menos que a placa fosse colocada em seu modo de comunicação promíscua. Essa forma de um fala e todos escutam definia um meio de compartilhamento de Ethernet de fraca segurança, pois um nodo na rede Ethernet podia escutar às escondidas todo o trafego do cabo se assim desejasse. Usar um cabo único também significava que a largura de banda (bandwidth) era compartilhada, de forma que o tráfego de rede podia tornar-se lentíssimo quando, por exemplo, a rede e os nós tinham de ser reinicializados após uma interrupção elétrica. O padrão ethetnet especifica a camada de enlace e a camada física, conforme pode ser visto na Figura 01. Neste documento o foco será na camada 2, apenas mostrando algumas das possíveis implementações da camada física. O método de acesso adotado é o CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). História A Ethernet foi desenvolvida como um, entre muitos, projeto pioneiro da Xerox PARC. Entendese, em geral, que a Ethernet foi inventada em 1973, quando Robert Metcalfe escreveu um memorando para os seus chefes contando sobre o potencial dessa tecnologia em redes locais. Contudo, Metcalfe afirma que, na realidade, a Ethernet foi concebida durante um período de vários anos. Em 1976, Metcalfe e David Boggs publicaram Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks. Metcalfe deixou a Xerox em 1979 para promover o uso de PCs e LANs, e para isso criou a 3Com. Ele conseguiu convencer DEC, Intel, e Xerox a trabalhar juntas para promover a Ethernet como um padrão, que foi publicado em 30 de setembro de Competindo com elas na época estavam 2 sistemas proprietários, token ring e ARCNET. Em pouco tempo ambos foram afogados por uma onda de produtos Ethernet. No processo a 3Com se tornou uma grande companhia. [2] 2

3 Figura 01 Comparativa de três gerações da Ethernet A subcamada MAC Esta subcamada controla a operação de acesso ao meio físico, além de receber frames da camada superior e enviá-los a camada inferior (PLS ou RS) para codificação. Para efetuar tal controle de acesso é utilizado o método CSMA/CD. Para ajudar a ilustrar a operação da Ethernet com o CSMA/CD, em [1] é apresentada uma analogia: uma conversação à mesa de jantar. Nosso segmento Ethernet é a mesa de jantar, e os nós são as pessoas conversando educadamente. A expressão múltiplo acesso (multiple access) fala sobre o que acabamos de discutir. Quando uma estação de Ethernet transmite, todas as estações no meio ouvem a transmissão. Da mesma maneira que quando uma pessoa fala, todo mundo escuta. Agora vamos imaginar que você esteja à mesa e tenha alguma coisa a dizer. No momento, entretanto, existe uma pessoa falando. Já que essa é uma conversação educada, em vez de imediatamente falar e interromper o outro você espera até que ele termine de falar. Na terminologia da Ethernet, esse processo se chama carrier sense (detecção de portadora). Antes de uma estação começar a transmitir, ela "ouve" o meio para saber se outra estação está transmitindo. Se o meio estiver em silêncio, a estação reconhece que esse é o momento apropriado para transmitir. Uma pergunta vem a tona... se o transmissor para de falar nesta mesa de jantar parar e todos falarem ao mesmo tempo? Nada será entendido no meio, caracterizando uma colisão na transmissão. Como tratar esta colisão? Quando um computador deseja enviar alguma informação, este obedece o seguinte algoritmo: Se o canal está livre, inicia-se a transmissão, senão vai para o passo 4; [transmissão da informação] se colisão é detectada, a transmissão continua até que o tempo mínimo para o pacote seja alcançado (para garantir que todos os outros transmissores e receptores detectem a colisão), então segue para o passo 4; [fim de transmissão com sucesso] informa sucesso para as camadas de rede superiores, sai do modo de transmissão; [canal está ocupado] espera até que o canal esteja livre; [canal se torna livre] espera-se um tempo aleatório1, e vai para o passo 1, a menos que o número máximo de tentativa de transmissão tenha sido excedido; 1 O tempo é aumentado exponencialmente se mais de uma tentativa de transmissão falhar. 3

4 [número máximo de tentativa de transmissão excedido] informa falha para as camadas de rede superiores, sai do modo de transmissão; Frame O frame Ethernet padrão possui 7 campos conforme visto na figura abaixo. Figura 02 Ethernet Frame Preâmbulo tem como função criar um padrão de 0s e 1s para sincronização. Em algumas literaturas, não é considerado parte do frame Ethernet, pois é adicionado ao frame da camada física. SFD Start frame delimiter, sinaliza o início do frame (byte: ). DA Destanation Addreess, contém o endereço físico da estação de destino. SA Source Addreess, contém o endereço físico da estação de origem. Payload (dados) transporta os dados encapsulados pelos protocolos das camadas superiores (entre 46 e 1500 bytes). CRC transporta a informação da detecção de erro (CRC-32) Endereçamento Cada estação numa rede Ethernet possui seu próprio adaptador de rede que contém um identificador único para o endereço físico da estação, denominado endereço MAC (do inglês Media Access Control). Nos sistemas operacionais Windows (XP, 2000, 2003) o endereço Mac é verificado através do comando ipconfig, já no Linux o comando é ifconfig. Abaixo uma visualização no comando no Windows. Descrição : VIA Rhine II Fast Ethernet Adapter Endereço físico : 00-1A-4D-A4-6A-E5 Relação MAC x Empresas C (hex) CISCO SYSTEMS INC (hex) CISCO SYSTEMS INC (hex) CISCO SYSTEMS INC (hex) 3COM Corporation (hex) 3COM Corporation 00-E0-4C (hex) REALTEK CORP. Observe que uma empresa pode possuir mais que um grupo de MAC não contínuo. No MAC address, os três primeiros octetos são destinados à identificação do fabricante, os 3 posteriores são fornecidos pelo fabricante. É um endereço universal, i.e., não existem, em todo o mundo, duas placas com o mesmo endereço Camada Física Existem diferentes tipos de implementação da camada física que variam de acordo com a velocidade, topologia utilizada, padrões de cabemento, conectores, dentre outros. Serão categorizados aqui de acordo com a velocidade. Standard Ethetnet 10Mbps Padrões: 10BASE2 / 10BASE5 / 10BASE-T / 10BASE-F (10BASE-FL, 10BASE-FB e 10BASE-FP) 10BASE2 (também chamado ThinNet ou Cheapernet) - Um cabo coaxial de 50-ohm conecta as máquinas, cada qual usando um adaptador T para conectar seu NIC. Requer terminadores nos finais. Por muitos anos esse foi o padrão dominante de ethernet de 10 Mbit/s. Abaixo uma imagem ilustrativa. 4

5 Figura 02 Rede com Ethernet 10BASE2 Fast Ethetnet 100Mbps Padrões: 100BASE-T (100BASE-TX, 100BASE-T4 e 100BASE-T2) e 100BASE-FX Como exercício, pesquise o 100BASE-TX. GigaBit Ethernet Padrões: 1000BASE-T / 1000BASE-SX / 1000BASE-LX / 1000BASE-CX Como exercício, pesquise o 1000BASE-T e 1000BASE-SX. 10 GigaBit Ethernet Padrões: 10GBASE-SR/10GBASE-LX4/10GBASE-LR/10GBASE-ER/10GBASE-SW/10GBASE-LW/10GBASE-EW Ethernet de 10 gigabit é muito nova, e continua em vistas sobre qual padrão vai ganhar aceitação comercial. Pesquise 1. Qual o padrão ethernet mais utilizado hoje? 2. Explique o funcionamento detalhado do CSMA/CD 3. È possível alterar o MAC Address? 4. Faça o desenho do padrão 100BASE-TX 5. Relacione os cabos UTP e os padrões ethernet. 6. Pesquise: a. Modo de comunicação promíscua b. 100BASE-TX c. As diferenças entre 1000BASE-T e 1000BASE-SX. Temas para trabalhos 1. IEEE Bluetooth 3. ATM 4. PPP & Frame Relay Bibliografia [1] FOROUZAN, B.A. Comunicação de Dados e Redes de Computadores. 3ª Edição. Bookman [2] KUROSE, J. Redes de Computadores e a Internet. 3ª Edição. Addison-Wesley, [3] COMER, D. E. Redes de Computadores e a Internet. 4ª Edição. Bookman