Camadas do Modelo TCP Fundamentos de Redes Tecnologia Ethernet e Variações Professor Airton Ribeiro de Sousa 1
O padrão ETHERNET é uma tecnologia para interconexão de redes internas LAN. Surgiu na década de 70 (1972) nos laboratórios da Xerox com o pesquisador Robert Metcalfe. Inicialmente utilizava uma rede onde todas as estações compartilhavam do mesmo meio de transmissão um cabo coaxial, com configuração em barramento e taxa de transmissão de 2,94Mbps. A falta de padronização dificultava a pesquisas e a venda de equipamentos. Com a finalidade de resolver este problema foi homologado ao IEEE em 1980 a responsabilidade de criar e administrar a padronização do padrão Ethernet. Desde sua regulamentação pelo IEEE suas especificações foram totalmente disponibilizadas. Airton Ribeiro de Sousa 2
Inicialmente o padrão foi batizado de Network Alto Aloha e mais tarde renomeado para ETHERNET, uma alusão ao ÉTHER (Composto químico), pois acreditava-se que era um elemento que preenchia o universo e o espaço entre os corpos celestes que propagava as ondas eletromagnéticas pelo espaço. Metcalfe optou pela palavra ether de maneira a descrever uma característica imprescindível do sistema: o meio físico transporta os bits para todas as estações, Airton Ribeiro de Sousa 3
Os meios físicos de transmissão numa LAN são o fio de cobre, comumente denominados cabos de par trançado e as fibras ópticas. Um cabo de par trançado consiste de oito fios formando quatro pares de fios trançados. É utilizado com plugues (soquetes, conectores) RJ-45. Segundo recomenda as normas IEEE EIA TIA, o comprimento máximo de um cabo de par trançado é 100 m (328 pés) por enlace, ao passo que o comprimento dos cabos de fibra ótica ultrapassam a casa do km de acordo com o tipo de fibra. Dependendo do tipo de cabo (par trançado ou fibra óptica) a velocidade de transmissão de dados pode variar de 100 Mbit/s a 10.000 Mbit/s. Airton Ribeiro de Sousa 4
Norma para Cabeamento - EIA/TIA 568A e 568B 568A 568B 5
A tecnologia ethernet basicamente consiste de três elementos: Meio físico; Regras de controle de acesso ao meio ; Quadro Ethernet. Airton Ribeiro de Sousa 6
Meio físico: Acrônimo do Padrão Ethernet - IEEE 802.3 10Base5 (Cabo metálico coaxial); 10Base2 (Cabo metálico coaxial); 10BaseT (Cabo metálico par trançado): o Categoria 3 o Categoria 5 o Categoria 5e Airton Ribeiro de Sousa 7
Meio físico: Acrônimos do Padrão Ethernet - IEEE 802.3 100BaseT; 10BaseF (Cabo de fibra óptica); 100BaseF 8
Meio físico: Acrônimo do Padrão Ethernet - IEEE 802.3 10Base5 (Cabo metálico coaxial); 10Base2 (Cabo metálico coaxial); 10BaseT (Cabo metálico par trançado): o Categoria 3 o Categoria 5 o Categoria 5e 9
Meio físico: Acrônimo do Padrão Ethernet - IEEE 802.3 Os acrônimos 10Base-T, 10Base-2, 100Base-T, 1000Base-LX, 10GBase-T e outros, são baseados nas respectivas ordens, ou seja: Velocidade padrão: 10, 100, 1000 ou 10G; BASE: Se refere a banda base ethernet onde significa que a mídia física só suporta o tráfego da ethernet; A parte final se refere a à mídia física em si A ethernet é tanto uma camada de enlace quanto física e nela estão incluídos: cabo coaxial, fio de cobre e fibra 10
Regras de controle de acesso ao meio A Ethernet é um padrão de camada física e camada de enlace, opera à 10 Mbps, com quadros que possuem tamanho entre 64 e 1518 bytes. O endereçamento é feito através de uma numeração que é única para cada host com 6 bytes sendo os primeiros 3 bytes para a identificação do fabricante e os 3 bytes seguintes para o número sequencial da placa. Este numeração é conhecida como endereço MAC Media Access Control. A subcamada MAC, pertencente a camada 2 do modelo OSI, controla a transmissão, a recepção e atua diretamente com o meio físico, consequentemente cada tipo de meio físico requer características diferentes da camada MAC. 11
Regras de controle de acesso ao meio CSMA/CD 12
Regras de controle de acesso ao meio CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection (Acesso Múltiplo com Detecção de Portadora / Controle de Colisão). É o sistema de gerenciamento de tráfego que garante o funcionamento das redes Ethernet. As redes Ethernet utilizam uma topologia lógica de barramento, isto significa que mesmo ao utilizar um hub ou switch as estações comportam-se com se estivessem todas ligadas a um único cabo. Isso simplifica a transmissão de dados e barateia os equipamentos, mas em compensação traz um grave problema: as colisões de pacotes que ocorrem sempre que duas (ou mais) estações tentam transmitir dados ao mesmo tempo. O sistema CSMA/CD minimiza este problema através de um conjunto de medidas relativamente simples: Antes de transmitir seu pacote, a estação "escuta" o cabo, para verificar se outra estação já está transmitindo. Caso o cabo esteja ocupado ela espera, caso esteja livre ela transmite. 13
Regras de controle de acesso ao meio CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection (Detecção de portadora com múltiplo acesso e controle de colisão). CS - (Carrier Sense) Capacidade de determinar se o meio está em uso. A falta de sinal é indicativo de que o meio está livre. MA - (Multiple Access) Capacidade do meio para suportar diversos usuários simultaneamente. Maior número de usuários acarreta uma maior probabilidade de colisão. CD - (Collision Detection) Capacidade para detectar a ocorrência de um colisão. 14
Regras de controle de acesso ao meio CSMA/CD Detecção de portadora Ouça antes de falar Detecção de colisão Se alguém começar a falar ao mesmo tempo, pare de falar. 15
Regras de controle de acesso ao meio CSMA/CA - Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance (Múltiplo Acesso com Verificação de Presença de Portadora). A sistemática do protocolos CSMA/CA é semelhantemente a função CSMA/CD nas redes de computadores, principalmente redes locais com cabos UTP (Padrão Ethernet IEEE 802.3) largamente utilizada. A diferença entre os protocolos é que o CSMA/CD do Ethernet controla as colisões a partir do momento em que elas ocorrem, ao passo que o protocolo CSMA/CA tenta evita-las. Com o CSMA/CA as colisões são evitadas fazendo com que a estação só transmita em períodos de tempo pré-alocados para cada nó na rede. 16
Regras de controle de acesso ao meio Exemplo de transmissão bem sucedida CSMA/CD 17
Regras de controle de acesso ao meio Exemplo de colisão detectada CSMA/CD 18
Padrões Ethernet Ethernet Thin Ethernet Cabo coaxial fino (Ohms) 10Mbps Padrão 10Base2 Segmento máximo 185m de comprimento, Cada segmento no máximo 30 nós, utiliza conector BNC; Topologia Barramento Thick Ethernet Cabo coaxial grosso (Ohms) 10Mbps Padrão 10Base5 Segmento máximo 500m de comprimento, Cada segmento no máximo 100 nós, utiliza conector BNC; Topologia Barramento 19
Padrões Ethernet Fast Ethernet Cabo par trançado Cat5 e Cat5e; Cabo não blindado UTP Cabo blindado STP Velocidade de 100Mbps; Distância 100m; Conector RJ45; Padrão 100Base-Tx Topologia estrela 20
Padrões Ethernet Gigabit Ethernet Cabo par trançado Cat6 Velocidade até de 100/1000Mbps; Cabo de fibra óptica Velocidade até1000mbps; Distância acima 100m (fibra ótica); Conector RJ45 (UTP) Conector ST LC SC (fibra); Padrão 1000Base-LX 1000Base-SX 10000Base-CX e 1000Base-T Topologia estrela Utilizada em Backbones Airton Ribeiro de Sousa 21
Padrões Ethernet 10Gigabit Ethernet Cabo de fibra óptica Comunicação de altíssima velocidade a 10.000Mbps; Distância acima 100m; Conector ST LC SC; Padrão LAN 10GBase-SR 10GBase-LR 10GBase-ER 10GBase-LX4 10GBase-CX4; Padrão MAN/WAN 10GBase-SW 10GBase-LW 10GBase-EW Utilizadas em LAN MAN WAN Compatibilidade com as demais categorias 10/100/1000Mbps Utilizada em Backbones que exigem altíssimas velocidades de transmissão; Alcance quilométrico (40km, 70km) de acordo com a tecnologia empregada. Airton Ribeiro de Sousa 22
Padrões Ethernet 10Gigabit Ethernet Monomodo e Multimodo A diferença entre as fibras monomodo e as multimodo é que estas possuem núcleo de diâmetro muito maior permitindo a propagação da luz em vários modos. As fibras multimodo não podem ser utilizadas em aplicações cujas distâncias ultrapassem 2 km. O fator que limita a distância na utilização dessas fibras é a dispersão modal a qual ocorre nas fibras multimodo. Quando um pulso óptico é injetado numa fibra multimodo, diversos modos de propagação são excitados fazendo com que partes do pulso percorram caminhos diferentes na fibra. Assim, as componentes do pulso que viajaram nos modos de menor distância chegarão ao final da fibra mais rapidamente que as demais, causando um grande alargamento no pulso. A distância máxima permitida para o uso de uma determinada fibra multimodo depende da largura de banda da fibra e da taxa de transmissão utilizada. Airton Ribeiro de Sousa 23
Padrões Ethernet 10Gigabit Ethernet O que é MODO de propagação São "caminhos" específicos por onde a luz pode viajar dentro do núcleo da fibra. Matematicamente, um modo é uma das diversas soluções das equações de Maxwell para a propagação da luz em meios dielétricos. A luz pode viajar dentro da fibra por um único caminho possível. Nesse caso a fibra é denominada monomodo. Fibras que permitem a propagação da luz em diversos modos são denominadas de fibras multimodo. O modo em que a fibra viaja depende da geometria da fibra, do perfil de índice de refração da fibra e do comprimento de onda da luz. Airton Ribeiro de Sousa 24
Vídeos Curiosidades Fabricação de cabos ethernet Cat 5 https://www.youtube.com/watch?v=axvwmhv7ssu Cabos UTP e STP https://www.youtube.com/watch?v=xb0wt1oi2_4 Airton Ribeiro de Sousa 25