Redes de Computadores IEEE 802.3

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1 Redes de Computadores Ano 2002 Profª. Vívian Bastos Dias Aula 8 IEEE Ethernet Half-Duplex e Full-Duplex Full-duplex é um modo de operação opcional, permitindo a comunicação nos dois sentidos simultaneamente no mesmo segmento. Este segmento precisa ser ponto-a-ponto (UTP ou fibra óptica). O modo de operação fullduplex dobra a capacidade de transmissão agregada do meio físico. Half-Duplex: estação pode transmitir e receber informação, mas nunca os dois ao mesmo tempo. Full-Duplex: estação pode transmitir e receber informação ao mesmo tempo. O método usado no modo de operação full-duplex está formalmente especificado no padrão IEEE 802.3x. Ao transmitir, a estação aguarda o tempo de interframe gap e, logo em seguida, insere o quadro no enlace. O limite de comprimento dos segmentos de cabo UTP permanecem inalterados no modo full-duplex. Para enlaces de fibra óptica, as distâncias permitidas no modo full-duplex são maiores. 1

2 Fast Ethernet 100Base-TX O sistema 100BASE-TX é o tipo de especificação Fast-Ethernet mais utilizada. O sistema opera por dois pares de fios trançados: um par para receber sinais de dados e um outro par para transmitir sinais de dados. (UTP ou STP) Usa o frame Ethernet original, operando a uma velocidade 10 vezes maior. Emprega topologia física em estrela. A interface de rede é equipada com uma tomada RJ-45 fêmea, que faz uma conexão direta com o cabo par trançado. O tamanho máximo do segmento é 100 metros para cabo UTP, 100? e que atenda às especificações de cabo CAT5 da TIA/EIA. O tamanho máximo do segmento também é 100 metros para cabo STP, 150?. Também oferece mecanismo de verificação de integridade do enlace. Fast Ethernet 100Base-FX O sistema 100BASE-FX oferece todas as vantagens de um segmento de fibra óptica 10BASE-FL, mas sua taxa de transmissão é de 100Mbps. São possíveis distâncias de até 412m com fibra escura multimodo em modo half-duplex (uma fibra, uma para transmitir e outra para receber dados). No modo full-duplex, atinge distâncias de até 2Km. O padrão não especifica o uso de fibra monomodo, mas diversos fabricantes oferecem 100BASE-FX com fibra monomodo, atingindo distâncias de até 2Km no modo half-duplex e distâncias de até 20Km no modo full-duplex. Como descrito no padrão, a interface de rede 100BASE-FX deve ser equipada com o conector SC duplex, que faz uma conexão direta com o cabo de fibra óptica. Também oferece mecanismo de verificação de integridade do enlace. 2

3 Fast Ethernet 100Base-T4 Utiliza quatro pares trançados de cabo UTP e conector RJ-45. Comprimento máximo de enlace igual a 100 metros. O modo de operação full-duplex não é implementado. Ao contrário, três pares são utilizados para transmitir ou para receber (modo half-duplex) o sinal e o quarto par é empregado para detecção de colisão. Quase não é empregado. 100Base-T2 Muito pouco conhecido Foi desenvolvido para utilização com cabos CAT3, padronizados pela TIA/EIA. Utiliza dois pares trançados de cabo UTP e conector Rj-45. Comprimento máximo de enlace igual a 100 metros. Gigabit Ethernet 1000Base-T Tomando como base a técnica de transmissão do 100BASE-T4, o IEEE criou este novo padrão que utiliza quatro pares trançados de cabo UTP, com transmissão e recepção simultânea em todos os pares. As especificações para o sistema 1000BASE-T foram desenvolvidas como parte do padrão IEEE 802.3ab, adotado formalmente em Recomendável o uso do cabo UTP CAT5E. Tamanho máximo do segmento de cabo UTP é 100m. Pouco empregado. 3

4 Gigabit Ethernet 1000Base-X 1000BASE-X é um identificador para uma coleção de 3 especificações: 2 para segmentos de fibra óptica e 1 para um segmento curto de cabo par trançado blindado, padronizadas em IEEE 802.3z: 1000BASE-SX (fibra óptica, transmissores com comprimento de onda curto) 1000BASE-LX (fibra óptica, transmissores com comprimento de onda longo) 1000BASE-CX (par trançado blindado) Destas três especificações, apenas as de fibra óptica são largamente empregadas. O padrão 1000BASE-CX praticamente não foi adotado pelos fabricantes de equipamentos. Gigabit Ethernet 1000BASE-SX e 1000BASE-LX 1000BASE-SX é uma solução de melhor custo/benefício para backbones de curtas distâncias, empregando fibra óptica multimodo. Fibra multimodo: até 550m 50/125? m Fibra multimodo: até 275m 62.5/125? m 1000BASE-LX é uma solução bastante adotada atualmente em redes Metropolitanas. De acordo com o padrão, 1000BASE-LX pode alcançar distâncias de 5Km. Entretanto, diversos fabricantes oferecem soluções com distâncias bem maiores. Fibra multimodo: até 550m 50/125? m Fibra multimodo: até 550m 62.5/125? m Fibra monomodo: até 5Km 10/ 125? m 4

5 Gigabit Ethernet 1000BASE-SX e 1000BASE-LX Os segmentos de 1000BASE-SX e 1000BASE-LX empregam cabos com um par de fibra óptica monomodo ou multimodo e a especificação recomenda o uso de conectores do tipo SC. Entretanto, é possível encontrar equipamentos com o conector MT-RJ que ocupa cerca da metade do espaço exigido pelos conectores SC. 1000BASE-CX O segmento de cabo par trançado blindado utilizado no sistema 1000BASE-CX pode ter até 25m de extensão. Recomenda-se o uso deste sistema na interligação de equipamentos, por exemplo, dentro de gabinetes de telecomunicações. O cabo é montado em fábrica. Existem dois conectores definidos no padrão: HSSDC (High Speed Serial Data Connector) com 8 pinos. É o conector recomendado pela norma; O conector alternativo é o DB-9 blindado empregado no sistema Token Ring. Bridges Transparentes Introdução Interconectam segmentos de LANs que empregam protocolo de camada de enlace iguais ou diferentes. Cada estação em cada um dos segmentos de LAN possui um endereço unicast de 48bits globalmente único C Porta 1 Bridge Porta 3 Porta B C C B 5

6 Bridges Transparentes Bridges Transparentes e o Modelo OSI Aplicação Aplicação Apresentação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Física Meio Físico Bridge Repetidor Sessão Transporte Rede Enlace Física Meio Físico Bridges Transparentes Princípio de Operação A bridge possui uma interface conectada a cada segmento de LAN. A bridge monta uma tabela que mapeia cada endereço MAC para uma porta (interface) da bridge referente ao segmento onde a estação com aquele endereço MAC está conectada. A bridge opera em modo promíscuo recebendo todos os frames em todas as suas interfaces, independente do endereço de destino do frame. Ela identifica o endereço MAC de origem do frame recebido e insere em sua tabela uma associação deste endereço MAC com a porta onde ela recebeu o frame. As entradas da tabela possuem um tempo de expiração. 6

7 Bridges Transparentes Princípio de Operação Operação Unicast: Quando um frame é recebido em qualquer uma das portas da bridge, ela realiza a verificação de erro, identifica o endereço MAC de destino do frame, e determina para qual porta enviar o frame. Existe um atraso na entrega do frame devido ao processamento na bridge. Se a porta onde a bridge recebeu o frame é a porta onde se localiza o equipamento com aquele endereço MAC de destino, então a bridge simplesmente descarta o quadro. As estações não têm ciência da existência da bridge na rede. Operação Multicast: Quando um frame é enviado para um endereço desconhecido pela bridge (não encontrado na tabela) ou para vários destinos a bridge copia o frame para todas as portas, exceto aquela onde ela recebeu o frame (flooding). Bridges Transparentes Ponte de Encapsulamento: é usada na interconexão de duas redes locais de mesma tecnologia através de uma terceira rede local de tecnologia diferente ou um enlace de longa distância. Exemplo: conjunto de redes Ethernet conectadas através de um backbone FDDI (Fiber Distributed Data Interface). Modo de Operação: Na rede origem, a ponte encapsula o quadro recebido no quadro da rede intermediária. Na rede destino, a ponte desencapsula o quadro recebido da rede intermediária e o encaminha à rede local correspondente. 7

8 Switches Switches Ethernet Fornecem segmentação. Mesmo funcionamento de uma bridge, porém com múltiplas portas e parte de sua implementação é feita em hardware (melhor desempenho). Modos de Operação: Store-and-forward Cut-Through Fast-forward Fragment-free Controle de Fluxo É necessário para evitar congestionamento e sobrecarga nos equipamentos da rede. Este procedimento é chamado MAC Control. Ethernet - Tópicos Avançados Auto-Negociação Permite que as interfaces de rede Ethernet configurem automaticamente a velocidade de comunicação e o modo de operação (half-duplex ou fullduplex). As especificações do protocolo de Auto-Negociação foram publicadas em 1995 como parte do suplemento IEEE 802.3u. A operação do sistema de Auto-Negociação inclui as seguintes regras básicas: Operação em enlaces ponto-a-ponto: A auto-negociação foi projetada para trabalhar apenas em enlaces ponto-a-ponto, ou seja, com um dispositivo conectado em cada um dos extremos do cabo. A auto-negociação ocorre na inicialização do enlace: Quando o dispositivo é ligado, ou um cabo Ethernet é conectado, tão logo o enlace entre em atividade, a auto-negociação ocorre antes que qualquer dado seja enviado. A auto-negociação utiliza seu próprio sistema de sinalização: O sistema de auto-negociação seu próprio sistema de sinalização. Esses sinais são enviados no momento da inicialização do enlace. A auto-negociação também pode ser disparado a qualquer momento por gerenciamento 8

9 Ethernet - Tópicos Avançados Auto-Negociação Os dispositivos envolvidos no processo de auto-negociação são chamados parceiros de enlace. Cada dispositivo anuncia suas características ao seu parceiro de enlace. O protocolo seleciona então a configuração de melhor desempenho comum entre os parceiros de enlace. Os seguintes sistemas de par trançado podem suportar a autonegociação: 10BASE-T 100BASE-TX 100BASE-T4 100BASE-T2 1000BASE-T Formato da mensagem de Auto-Negociação D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 S0 S1 S2 S3 S4 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 RF Ack NP Ethernet - Tópicos Avançados Auto-Negociação Os bits de D0 a D4 compõem o Campo Seletor, que identifica o tipo de tecnologia de LAN utilizada. O primeiro bit deste campo é definido como 1 e os demais como 0 para redes Ethernet (10Mbps). O campo de 8 bits D5 a D8 da mensagem é utilizado para indicar o suporte de várias tecnologias, como mostra a tabela abaixo: Bit Tecnologia D5 10BASE-T D6 10BASE-T full-duplex D7 100BASE-TX D8 100BASE-T full-duplex D9 100BASE-T4 D10 PAUSE D11 Reservado D12 Reservado O bit D13 indica detecção de falha no nó remoto. O bit D14 indica é utilizado para confirmação do recebimento da mensagem. O bit D15 sinaliza o envio de mensagem específica do fabricante do equipamento. 9

10 Ethernet - Tópicos Avançados VLAN Virtual LAN Uma VLAN é um agrupamento lógico de nós, clientes e servidores, que residem em um domínio de broadcast comum. A palavra virtual indica que o administrador de rede configurou o domínio de broadcast dentro de um switch. Os nós que fazem parte de uma mesma VLAN não precisam estar conectados a um mesmo switch, ou ainda, na mesma área física. Nós que não são membros de uma mesma VLAN podem estar conectados a um mesmo switch sem que um perceba a existência do outro. Benefícios do uso de VLANs: Economia de largura de banda: isolamento de broadcasts; Liberdade para localização física das estações e servidores; Facilidade de mudanças dependendo da configuração da VLAN; Segurança. Ethernet - Tópicos Avançados VLAN Virtual LAN Port-based VLANs: As interfaces do switch são adicionadas manualmente a uma determinada VLAN. Por exemplo, a porta 1 de um switch pode ser adicionada a VLAN 5 de nome FINANCEIRO, que identifica uma porta na qual será conectada uma máquina do departamento financeiro e uma outra porta do switch (2, na figura) pode ser adicionada a VLAN 4 de nome MARKETING, que identifica uma porta na qual será conectada uma máquina do departamento de marketing. VLAN 5 - MARKETING Switch VLAN 4 - FINANCEIRO 10

11 Ethernet - Tópicos Avançados VLAN Virtual LAN MAC-Address-based VLANs: Requer que o administrador da rede adicione endereços MAC das estações a VLANs específicas. Desta forma, não importa onde a estação está localizada dentro da rede, ela sempre será membro de uma mesma VLAN. VLAN 5 - MARKETING D B8 Switch A B2 VLAN 4 - FINANCEIRO Ethernet - Tópicos Avançados VLAN Virtual LAN Layer 3 Protocol-based VLANs: Quando mais de um tipo de protocolo de camada 3 é executado dentro de uma rede local, é possível configurar uma Layer 3 Protocol-based VLAN para separar os domínios de broadcast de acordo com o protocolo de camada 3. VLAN 5 IP- MARKETING D B8 Switch A B2 VLAN VLAN Novell 4 (IPX) - FINANCEIRO 11

12 Ethernet - Tópicos Avançados VLAN Virtual LAN Tipo de VLAN Baseada em Porta Baseada em MAC Baseada em Protocolo Camada do modelo OSI Camada Física Camada de Enlace Camada de Enlace Vantagens - usuários atribuídos por porta. - facilmente administradas - mobilidade - mobilidade Desvantagens - gerenciamento da configuração (manual) - re-configuração e substituição de NICs - tempo consumido com a análise do quadro Ethernet - Tópicos Avançados Spanning-Tree Protocol A principal função do Spanning-Tree Protocol é permitir a existência de caminhos redundantes entre bridges/switches, eliminando loops na rede. Sua especificação faz parte do padrão IEEE 802.1d. O algoritmo Spanning-Tree, implementado pelo Spanning-Tree Protocol, impede os loops calculando uma topologia de rede estável. Quadros Spanning Tree, chamados de Bridge Protocol Data Units (BPDUs), são enviados e recebidos por todos os switches na rede em intervalos regulares e são usados para determinar a topologia spanning-tree. O Spanning-Tree Protocol detecta e interrompe os loops, colocando algumas conexões no modo de espera, que serão ativadas caso haja uma falha na conexão ativa. 12