5.4 Redes Locais Fast Ethernet IEEE 802.3u

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1 5.4 Redes Locais Fast Ethernet IEEE 802.3u Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Departamento de Engenharia, Electrónica, Telecomunicações e Computadores Redes de Computadores

2 Introdução Objectivos: Aumentar a velocidade de transmissão para 100Mbps O comprimento ocupado por um bit no meio diminui 10 vezes Manter o mesmo protocolo de nível MAC da Ethernet Para detectar colisões é necessário que o comprimento mínimo da trama seja suficiente para encher de bits todo o comprimento da rede duas vezes (slot time) Alternativas: Aumentar o comprimento mínimo da trama De 64 na Ethernet para 640 bytes - Perda de rendimento Diminuir o comprimento máximo da rede De 2500m na Ethernet para 250m Reduzir o atraso de 4 repetidores de 26bt por um factor de /02/26 FastEthernet 2

3 Introdução... alternativas... Diminuir o comprimento máximo da rede reutiliza cablagem de LAN que tem no geral topologias em estrela baseadas em hubs e cabos UTP com limitações de distâncias na ordem dos 100m (entre hub e máquina) Máximo de 2 repetidores com atrasos menores ( 5 bt) distanciados no máximo de 5 m - resultando um comprimento máximo da rede de 205m Rede Fast Ethernet: Definido na norma IEEE802.3u (1995) Diferentes meios físicos: UTP 3, UTP 5, STP, fibra óptica Diferente codificação de linha (8B6T e 4B5B) 2007/02/26 FastEthernet 3

4 Fast Ethernet IEEE 802.3u 100 Base T Fast Ethernet utiliza o MAC Ethernet original O standard de Fast Ethernet desenhado para vários tipos de níveis físicos: 2 UTP 1 Fibra multimodo posteriormente acrescentado mais um UTP (802.2y) Fast Ethernet é baseada numa arquitectura física em estrela com um HUB central Fast Ethernet especifica uma interface digital MAC-PHY 2007/02/26 FastEthernet 4

5 Fast Ethernet Arquitectura do protocolo Aplicação Apresentação Sessão Transporte A norma de Fast Ethernet (IEE802.3u) é composta por 5 especificações: MAC (Media Access Control) MII (Media Independent Interface) 100 Base TX 100 Base FX (2 especificações) Rede Ligação Física Logical Link Control (LLC) Media Access Control (MAC) Physical Convergence Sublayer (PCS) Physical Medium Dependent (PMD) Medium CMACI (CSMA/CD MAC Interface) MII (Media Independent Interface) MDI (Medium Dependent Interface) 2007/02/26 FastEthernet 5

6 Fast Ethernet Camada física Logical Link Control (LLC) Interface de 40 pinos Interface de 4 pares entrelaçados ou fibra óptica Media Access Control (MAC) Physical Convergence Sublayer (PCS) Physical Medium Dependent (PMD) CMACI (CSMA/CD MAC Interface) MII (Media Independent Interface) MDI (Medium Dependent Interface) MMF SMF 2 pares UTP Cat 5 STP Cat 1 4 pares UTP Cat 3/4/5 100 Base FX 100 Base TX 100 Base T4 2007/02/26 FastEthernet 6

7 Fast Ethernet Camada Física Meios físicos 100Base-TX (IEEE 802.3u ) Ligações entre hub e máquina até 100m usando 2 pares do cabo UTP Cat MHz em cada par Codificação de linha 8B6T 100Base-T4 (IEEE 802.3u ) Ligações entre hub e máquina até 100m usando 4 pares do cabo UTP Cat. 3 (só halfduplex) 25MHz em cada par Codificação de linha 4B5B 100Base-FX (IEEE 802.3u ) Interligação de hubs (repetidores) Até 160m a 412m usando fibra multimodo (2Km em full-duplex) 2007/02/26 FastEthernet 7

8 Fast Ethernet Camada física Sinais das interfaces 2007/02/26 FastEthernet 8

9 Fast Ethernet Camada física Interface MII (1) Sinais da interface Características Comunicação paralela de 4 bit a 25Mhz Comprimento máximo 0,5 m Suporta ligação exterior - ficha de 40 pinos 2007/02/26 FastEthernet 9

10 Fast Ethernet Camada MAC Mantém o formato da trama Mantém a dimensão da trama Mantém o MAC (CSMA/CD) Reduz de 10 vezes do bt (bit time) Introduz mecanismos de auto-negociação do débito Introduz 3 variedades de meio físico: 100 Base T4 100 Base TX 100 Base FX Reduz o comprimento total do cabo de 2500 m para 250m 2007/02/26 FastEthernet 10

11 Fast Ethernet Camada MAC Parâmetros MAC 100 Mbps Fast Ethernet adapta o MAC IEEE a 100 Mbps A relação entre o tempo do pacote e o tempo de propagação na rede é igual no 10 Base T e 100 Base T Ethernet: Trama de 512 bits a 10 Mbps Tix = 50 µs (2500m inc. repet.) Fast Ethernet Comprimento total DTE-DTE Trama de 512 bits a 100 Mbps Tix = 5 µs (< 250m inc. repet.) 2007/02/26 FastEthernet 11

12 Fast Ethernet Camada MAC Parâmetros MAC 100 Mbps SLOT Time = 512 bit time 1 bit time = 10 ns a InterFrameGap (mínimo) IFG = 0,96 μs b Attemptlimit = 16 tentativas backofflimit = 10 jamsize = 32 bits maxframesize = 1518 bytes minframesize = 64 bytes (512 bits) Address size = 48 bits a -> Ethernet 10 Mbps 1 bit time = 100 ns b -> Ethernet 10 Mbps InterFrameGap = 9,6 μs 2007/02/26 FastEthernet 12

13 Fast Ethernet Camada MAC Cálculo do Slot Time (UTP) Comprimento máximo de um segmento L = 100m Comprimento máximo da rede 2 Seg + 2 Repet + 5m Velocidade de transmissão Vt = 100Mbps = 10 8 bps Tempo de bit bt = 1/Vt = 10-8 s = 0,01 µs Velocidade de Propagação Vp = C x 2/3 = 3x10 8 x 2/3 = 2x10 8 m/s Tempo de propagação num segmento L / Vp = 0,5 µs = 50 bt Espaço de bit Lb = Tb x Vp = 10-8 x 2x10 8 = 2 m Atraso máximo de um repetidor Dr = 46 bt Slot time = 2 x bits na rede + margem de segurança = 512 bits M1 S1 Dr1 S5m Dr2 S2 M2 ( ) x 2 = 480 bits 2007/02/26 FastEthernet 13

14 Configuração FastEthernet de 100 Mbps (exemplo) Variando o comprimento do link entre repetidores (ex: 10 metros), os outros links são ajustados por forma a manter o domínio de colisão = 205 metros (512 bits) Domínio de colisão máximo 205 metros = 100m + 5m + 100m. Repeater Class II 5 metros 100 metros DTE a Repeater Class II 100 metros Router Fibra óptica Full Duplex 100 metros Switching HUB DTE b 2000 metros 2007/02/26 FastEthernet 14

15 Fast Ethernet Base FX Características: 2 fibras multimodo 62.5/125 micron Distância máxima hub - máquina: 200m ; máquina - máquina: 400m (HD) Velocidade de sinalização: 125MBaud Colisões são detectadas se houver sinal nas 2 fibras. Codificação física: 4B/5B - NRZI - (Sinalização contínua) Binary 4B5B Code Primeira PMD a ser desenvolvida (idêntica à FDDI) Redes Locais - FastEthernet

16 100 Base FX Codificação ASK Transmissão de luz na fibra óptica 0 - nada 1 - luz com um determinado comprimento de onda NRZI Introduz transições no sinal de linha Codificação diferencial 0 - sem transição no início do bit time 1 - transição no início do bit time 4B5B Impede sequências compridas de 0 Sobram símbolos para controlo Redes Locais - FastEthernet

17 100 Base FX Codificação: 4B5B - NRZI NRZI Redes Locais - FastEthernet

18 100 Base FX - Camada Física Redes Locais - FastEthernet

19 100 Base FX - Meio Físico Canal Fibra óptica Emissor Multimode - 50μm ou 62.5μm (núcleo) - 125μm (exterior) Monomode - 8 μmou 10μm (núcleo) - 125μm (exterior) LED ou Lasers luz de 850nm (SWL) ou 1300nm (LWL) de comprimento de onda Conectores ST e SC Limites Distância máxima entre repetidores: 2 Km (Full-Duplex) Redes Locais - FastEthernet

20 Fast Ethernet Base TX Características: 2 Pares de fio (UTP classe 5, STP classe 1 ou 2) 1 para transmissão e 1 para recepção Colisões são detectadas se houver sinal no par de recepção Distância máxima hub - máquina: 100m Velocidade de sinalização: 125MBaud (4B5B) Codificação física: 4B/5B - scrambler - MLT-3 (B MLT3 B/2 = 31,25Mhz) Binary 4B5B Code Redes Locais - FastEthernet

21 MLT-3 - Multi Level Threshold - 3 Codificação 0 - Mantém o símbolo anterior 1 - Muda de símbolo segundo a sequência 0, +V, 0, -V (sin) Vantagens Garante transições para recuperação do clock Reduz a largura de banda necessária para metade A harmónica principal tem frequência um quarto do bit rate Bom balanceamento DC Redes Locais - FastEthernet

22 100 Base TX Codificador Redes Locais - FastEthernet

23 100 Base TX Interface de ligação entre o hub e a placa de rede Redes Locais - FastEthernet

24 Fast Ethernet - Codificação da trama (4B5B) Flags de início e fim de trama - símbolos J,K e T,R Transmissão contínua Linha em repouso - transmissão de símbolos IDLE Redes Locais - FastEthernet

25 Fast Ethernet Base T4 Características: 4 Pares de fio (UTP classe 3, 4 ou 5) 1 para transmissão, 2 para transmissão/recepção e 1 para recepção e CS/CD Colisões são detectadas se houver sinal no par só de recepção Distância máxima hub - máquina: 100m Só suporta modo half-duplex (shared) Velocidade de sinalização: 25MBaud (100 Mbps / 3 pares x 6/8 codif ) Codificação: 8B6T (B 8B6T 12,5Mhz) Binary 8B6T Code bits 6 ternary symbols 40 ns 25 Mbaud (Mega ternary signals per second) 240 ns 0 V Redes Locais - FastEthernet

26 Fast Ethernet Base T2 Características: 2 Pares de fio (UTP classe 3, 4 ou 5) 2 para transmissão e recepção Colisões são detectadas se houver sinal na recepção Suporta Full-Duplex - Tx/Rx simultânea nos 2 pares com cancelam. eco Distância máxima hub - máquina: 100m Velocidade de sinalização: 25MBaud (100 Mbps / 2 pares x 1/2 codif ) Codificação: PAM5x5 (B PAM5X5 B/2 = 12,5Mhz) Nunca chegou à fase de produção Redes Locais - FastEthernet

27 Sumário e bibliografia Sumário Rede Fast Ethernet (IEEE 802.3u) Camada Física Camada MAC Bibliografia Data Communications, Computer Networks..., cap. 7, Fred Halsall (4ª edição) 2007/02/26 FastEthernet 27

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