RCO2. Redes Locais (LANs): Arquitetura IEEE 802

Transcrição

1 RCO2 Redes Locais (LANs): 1

2 Conjunto de padrões no escopo das camadas de enlace e física 2

3 Exemplos de padrões partes da arquitetura IEEE 802: 3

4 Alguns padrões da família IEEE 802: LLC Equivalente ao Ethernet 10 Mbps 802.3u Fast Ethernet 802.3z Gigabit Ethernet Interconexão e gerenciamento de LANs e MANs 802.1q VLAN tagging 802.1p Priorização de tráfego 802.1d Interconexão de LANs e Spanning Tree 802.1x Controle de acesso baseado em porta Mais em 4

5 Camada Física (PHY): Codificação Geração de preâmbulo (para sincronização) Transmissão e recepção de bits Meio físico e topologia Camada de Enlace: Subcamada de acesso ao meio (MAC) Especificação do formato de quadro Endereçamento Controle de acesso ao meio (MAC) Subcamada LLC Controle de erro e fluxo (na prática não usados) Interface para camadas superiores 5

6 LLC: Link Layer Control Protocolo de enlace baseado no HDLC Serviços: Não-conectado e não-confirmado: sem garantia de entrega de quadros Conectado: implica controle de erros e de fluxo, com estabelecimento prévio do enlace Não-conectado e confirmado: não necessita de estabelecimento prévio de enlace 6

7 Quadro MAC com PDU LLC: Mas LLC na prática não é usado! Em LANs cabeadas, o quadro MAC assim se resume ao quadro Ethernet: ou Ether Type 7

8 Exemplo de quadro e PDUs de protocolos de camadas superiores 8

9 IEEE e variações (ou Ethernet ): Padrões para LANs cabeadas Ethernet: nome de uma rede concebida na Xerox por Robert Metcalfe e outros entre 1973 e 1975 Metcalfe pensou em uma rede capaz de conectar centenas de equipamentos a altas velocidades, tipicamente dentro de um edifício. Transformada em padrão em 1980 por DEC, Xerox e Intel, junto com a IEEE Competia então com Token Ring e Token Bus Após discussões e aperfeiçoamentos, tornou-se base para o padrão IEEE em

10 IEEE e variações (ou Ethernet ): Diagrama originalmente feito por Metcalfe em 1976, para apresentar a Ethernet em uma conferência 10

11 IEEE e variações (ou Ethernet ): Transmissão simplificada em uma rede Ethernet Usa-se endereçamento: Quadros contêm endereços de origem e destino Todas estações recebem o quadro Apenas destinatário o copia e repassa para camada superior 11

12 IEEE e variações (ou Ethernet ): Três gerações de redes Ethernet: 12

13 IEEE (Ethernet): Originalmente uma rede a 10 Mbps e meio compartilhado (topologia em barramento) Codificação usada: Manchester Meios físicos: 10base5: Cabo coaxial grosso (500 m) 10base2: Cabo coaxial fino (185 m) 10baseT: Par-trançado (100 m,topologia estrela) 10baseFL: Fibra ótica (2km, topologia estrela) Alcances máximos extensíveis com repetidores ou hubs Máximo de 4 repetidores 13

14 IEEE (Ethernet): camada PHY 14

15 IEEE (Ethernet): Placa de rede e cabo para 10base2: Cabo coaxial fino com conector BNC Uma placa de rede (NIC) com conector BNC, para 10base2 15

16 IEEE (Ethernet): Placa de rede e cabo para 100baseT: Cabo TP com conector RJ45 Uma placa de rede (NIC) 100baseT 16

17 IEEE (Ethernet): Switch 10/100baseT: 17

18 IEEE e variações: Domínio de colisão: conjunto de estações cujas transmissões são capazes de colidirem entre si. Pode ser dividido em segmentos com o uso de bridges (pontes) ou switches Cada segmento é um novo domínio de colisão 18

19 IEEE e variações: Domínio de broadcast: conjunto de estações que recebem respectivos quadros enviados em broadcast. Bridges e switches repetem esses quadros por todos os segmentos Domínios de colisão na figura b) também formam um domínio de broadcast 19

20 IEEE e variações: Ethernet comutada (switched Ethernet) Cada estação forma um domínio de colisão separado A banda é dividida entre switch e estação, e não mais entre as N estações 20

21 IEEE e variações: Ethernet comutada (switched Ethernet) Comparação entre uso de hub e de switch Uso de hub Uso de switch 21

22 IEEE e variações: Ethernet full-duplex Em Ethernet comutada, torna-se possível operação em full-duplex Estações podem então receber e transmitir ao mesmo tempo (precisam no entanto de dois links) 22

23 IEEE e variações: Ethernet full-duplex Em modo full-duplex, o CSMA/CD torna-se desnecessário! Para cada estação, o meio para envio é dedicado (sem risco de colisão, portanto). Assim, não é mais necessário ouvir a portadora, ou detectar colisões... 23

24 IEEE 802.3u (Fast Ethernet): rede a 100 Mbps Proposto em 1995 Mantém MAC para compatibilidade com Agrega capacidade de auto-negociação Negocia automaticamente taxa de transmissão e modo duplex Torna-se capaz portanto de operar a 10 Mbps ou 100 Mbps, half ou full-duplex Inclui modificações nos componentes físicos (PHY) 24

25 IEEE 802.3u (Fast Ethernet): rede a 100 Mbps Camada PHY: RS: Subcamada de Reconciliação Passagem de dados a 4 bits para a MII MII: Opera a 10 ou 100Mbps Comunicação a 4 bits entre PHY e RS Funções de gerenciamento 25

26 IEEE 802.3u (Fast Ethernet): rede a 100 Mbps Meios físicos: 100baseTX: Par-trançado dois pares (codificação 4B5B e MLT-3), alcance de 100 m 26

27 IEEE 802.3u (Fast Ethernet): rede a 100 Mbps 4B5B D MLT-3: bit como presença ou ausência de E transição F MLT-3 alterna de -1 a 0 a +1, volta a 0, depois para -1, prosseguindo indefinidamente Um zero é codificado como uma interrupção nessa progressão. 27

28 IEEE 802.3u (Fast Ethernet): Rede a 100 Mbps Meios físicos: 100baseT4: Par-trançado 4 pares (codificação 8B6T), alcance de 100 m 28

29 IEEE 802.3u (Fast Ethernet): Meios físicos (cont.): 100baseFX: Fibra ótica (codificação 4B5B e NRZI), alcance de 400 m. 29

30 IEEE 802.3u (Fast Ethernet): Meios físicos (cont.): 100baseSX: Fibra ótica (menor custo, menor distância), alcance de 300 m. 100baseBX: Fibra ótica (uma fibra com divisão por frequência para RX e TX), alcance de 10,20 ou 40 km. 30

31 IEEE 802.3u (Fast Ethernet): rede a 100 Mbps Auto-negociação: baseada em FLP (Fast Link Pulses) Pulsos enviados por dispositivos quando não recebem ou transmitem dados Sequências de até 33 pulsos unipolares, positivos, com duração de 100 ns cada 31

32 IEEE 802.3u (Fast Ethernet): rede a 100 Mbps Há 17 pulsos separados por 125 µs (tolerância de 14 µs) Entre cada par de pulsos pode ou não existir um outro pulso Presença de pulso intermediário = bit 1 Ausência de pulso intermediário = bit 0 Assim, cada FPS contém uma palavra de 16 bits (LCW Link Code Word) 32

33 IEEE 802.3u (Fast Ethernet): LCW - Link Code Word: 33

34 IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet): Rede a 1 Gbps Proposto em Meios físicos: 1000baseT: Par-trançado 4 pares, codificação TCM-4, alcance de 100m. 34

35 IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet): Rede a 1 Gbps Meios físicos: 1000baseLX: Fibra ótica, alcance de 5 km. 1000baseSX: Fibra ótica (menor custo, menor distância), alcance de 550 m. 35

36 IEEE 802.3aX (10 Gigabit Ethernet): Rede a 10 Gbps Padrões propostos a partir de 2002 Operação somente em modo full-duplex e com switches Acesso ao meio prescinde de CSMA/CD! Múltiplos PHY, porém ainda não está claro quais terão maior aceitação... 36

37 IEEE 802.3aX (10 Gigabit Ethernet): Rede a 10 Gbps Múltiplos PHY 37

38 IEEE 802.3aX (10 Gigabit Ethernet): Rede a 10 Gbps Codificação usada (10GbaseT): PAM-16 Comparação entre níveis de tensão para MLT-3 (100baseT), PAM-5 (1000baseT) e PAM-16 (10GbaseT) 38

39 IEEE 802.3aX (10 Gigabit Ethernet): Rede a 10 Gbps Switch e NIC 39

40 IEEE e variações: subcamada MAC CSMA/CD MAC é o mesmo para diferentes gerações (802.3, 802.3u, 802.3z) Visão funcional da subcamada MAC contida na norma IEEE

41 IEEE e variações: subcamada MAC CSMA/CD Tabela de parâmetros 41

42 IEEE e variações: subcamada MAC CSMA/CD Fluxograma para transmissão de quadro 42

43 IEEE e variações: subcamada MAC CSMA/CD Exemplo de ocorrência de colisão Ao detectarem a colisão, as estações envolvidas aplicam um procedimento de resolução de conflito 43

44 Meio ocioso por 9.6 us... inicia transmissão Colisão detectada Jam com 32 bits 1 Meio ocioso... inicia transmissão colisão Jam com 32 bits 1 44

45 IEEE e variações: subcamada MAC CSMA/CD Quando colisão é detectada, as estações envolvidas: Enviam um sinal de jam por 32 tempos de bit Incrementam o contador de tentativas de transmissão Sorteiam um tempo de espera dado por: k 0 r 2 k =min n, 10 r ℕ r: tempo de espera (quantidade de tempos de slot) n: contador de tentativas de transmissão de um mesmo quadro (máximo: 16 tentativas) 45

46 IEEE e variações: subcamada MAC CSMA/CD Lembrando que tempo de slot é duas vezes o tempo para sinal percorrer todo o meio de transmissão (no pior caso) No padrão IEEE 802.3, tempo de slot = 9.6 µs 46

47 IEEE e variações: subcamada MAC CSMA/CD Fluxograma para recepção de quadro 47

48 Referências: Padrão IEEE seções 1 a 5 (ver ) Andrew Tanenbaum. Redes de Computadores 3a ed. Capítulo 4 48