CCNA 1 Conceitos Básicos de Redes Módulo 6 Conceitos Básicos sobre Ethernet Fundamentos de Ethernet
Introdução à Ethernet A maior parte do tráfego da Internet tem origem em ligações Ethernet. Razões do sucesso da Ethernet: Simplicidade e fácil manutenção; Capacidade de introdução de novas tecnologias; Fiabilidade; Baixo custo de instalação e de actualização. Existem versões desde 10 Mbps até às mais recentes de dezenas de Gbps. A primeira norma Ethernet foi publicada em 1980 pela Digital Equipment Company, Intel e Xerox (DIX). A Ethernet é uma norma aberta. Introdução à Ethernet O IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) em 1985 publicou um conjunto de normas para Redes Locais, a norma 802.3. Foi lançada a norma 802.3 onde foram feitas pequenas modificações à norma DIX. As diferenças entre as duas normas são quase insignificantes. Uma NIC pode receber e transmitir tramas Ethernet e Ethernet 802.3.
Nomenclatura da Ethernet Existem vários tipos de Ethernet: Ethernet 10 Mbps Fast Ethernet 100 Mbps Gigabit Ethernet 1 000 Mbps O formato das tramas mantém-se em todas as variantes. Descrição abreviada: Velocidade de transmissão em Mbps. Tipo de transmissão: BASE O sinal digital é enviado directamente para o meio de transmissão; BROAD Uma portadora é modulada pelo sinal digital. Tipo de meio de transmissão. Nomenclatura da Ethernet
Nomenclatura da Ethernet Designação 10Base-2 10Base-5 10Base-36 10Base-F 10Base-FB 10Base-FL 10Base-FP 10Base-T Descrição 10 Mbps baseband Ethernet sobre cabo coaxial com uma distância máxima de 185 metros. Também referida como Thin Ethernet, Thinnet ou Thinwire. 10 Mbps baseband Ethernet sobre cabo coaxial com uma distância máxima de 500 metros. Também referida como Thick Ethernet, Thicknet ou Thickwire. 10 Mbps baseband Ethernet sobre cabo coaxial multi-canal com uma distância máxima de 3,600 metros. 10 Mbps baseband Ethernet sobre fibra óptica. 10 Mbps baseband Ethernet sobre duas fibras ópticas multimodo utilizando um hub síncrono activo. 10 Mbps baseband Ethernet sobre duas fibras ópticas e pode incluir um hub assíncrono opcional. 10 Mbps baseband Ethernet sobre duas fibras ópticas utilizando um hub passivo para a ligação dos dispositivos comunicantes. 10 Mbps baseband Ethernet sobre cabo de pares entrançados com um comprimento máximo de 100 metros. Nomenclatura da Ethernet Designação 100Base-FX 100Base-T 100Base-T2 100Base-T4 100Base-TX 100Base-X 1000Base-CX 1000Base-LX 1000Base-SX 1000Base-T 1000Base-X Apesentação 100 Mbps baseband Ethernet sobre duas fibras ópticas multimodo. 100 Mbps baseband Ethernet sobre cabo de pares entrançados 100 Mbps baseband Ethernet sobre dois pares de categoria 3 ou superior de cabo de pares entrançados não blindado. 100 Mbps baseband Ethernet sobre quatro pares de categoria 3 ou superior de cabo de pares entrançados não blindado. 100 Mbps baseband Ethernet sobre dois pares blindados de cabo de pares entrançados de categoria 4. Nome genérico para sistemas Ethernet a 100 Mbps Ethernet. 1000 Mbps baseband Ethernet sobre dois pares de cabo de pares entrançados blindado de 150 Ω. 1000 Mbps baseband Ethernet sobre duas fibras ópticas multimodo ou monomodo utilizando lasers de comprimento de onda longo. 1000 Mbps baseband Ethernet sobre duas fibras ópticas multimodo utilizando lasers de comprimento de onda curto. 1000 Mbps baseband Ethernet sobre quatro pares de cabo de pares entrançados não blindado de categoria 5. Nome genérico para sistemas Ethernet a 1000 Mbps.
Ethernet e o modelo OSI A Ethernet opera em duas áreas do modelo OSI: subcamada MAC - metade inferior da camada de dados camada física Ethernet e o modelo OSI Todos os nós da rede no mesmo domínio de colisão vêm o tráfego que passa através de um repetidor. Os nós separados por bridges estão em domínio de colisão diferentes.
Normas 802.x Ethernet e o modelo OSI Camada 1 versus camada 2.
Endereços MAC Para ser possível a entrega de tramas numa rede Ethernet tem de existir um esquema de endereçamento que identifique de um modo unívoco cada computador e interface. A Ethernet utiliza endereços MAC de 48 bits expressos como doze dígitos hexadecimais. Tramas Os bits que flúem pelo meio físico são estruturados em tramas. As tramas transportam informação essencial à transmissão: Quais os computadores que estão a comunicar. Quando a comunicação entre computadores individuais começa e termina. Fornece um método de detecção de erros. De quem é a vez de falar numa conversação.
Tramas Tramas Tramas Ethernet II, comprimento, especifica a dimensão do campo de dados. Tramas 802.3, tipo, Especifica o protocolo de nível 3 de destino da mensagem. Todas as tramas contêm o endereço (endereços MAC) do emissor e do destinatário. Informação. Inicio da trama, sequência de bits que marca o inicia da trama Cyclic Redundancy Check (CRC) É um valor calculado a partir do valor dos bits da trama que permite a detecção de erros de transmissão.
Tramas Ethernet Trama Ethernet II Trama 802.3 Tramas Ethernet Campo Comprimento/Tipo Valor do campo igual ou superior a 0x600 (hexadecimal), 1536 em decimal, o campo é interpretado como Tipo. Identifica o protocolo de nível 3. Se for menor é identificado como Comprimento. 0x0800 IPv4 0x0806 ARP
Tramas Ethernet Campos das tramas Ethernet Preambulo É uma sequência de uns e zeros utilizado para sincronização. Delimitador de Trama (SFD) Sequência de 8 bits que marcam o inicio da trama. Endereço de Destino Endereço do Emissor Comprimento/Tipo Informação/Enchimento Entre 46 a 1500 octetos. FCS Quatro octetos calculados a partir da trama enviada e recalculado no receptor se forem diferentes houve um erro de transmissão. As tramas Ethernet têm uma dimensão mínima de 64 e máxima de 1518 octetos. Funcionamento da Ethernet
CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection O método de acesso ao meio de transmissão utilizado na Ethernet, o CSMA/CD, executa três funções: Transmitir e receber tramas Descodificar as tramas e verificar se os endereços são válidos, antes de passá-los às camadas superiores do modelo OSI. Detectar erros nas tramas ou na rede. CSMA/CD Princípio base: ouvir antes de transmitir Quando um nó pretende enviar informação para a rede, verifica primeiro se existe silêncio no meio de transmissão. Se a rede estiver ocupada o nó aguarda um tempo aleatório antes de tentar de novo. Se o meio estiver em silêncio, o nó começa a transmitir e a ouve ao mesmo tempo o que se passa no meio de transmissão. Ouve para garantir que não existe outro nó a transmitir ao mesmo tempo. Depois de concluída a transmissão o nó volta ao estado inicial.
CSMA/CD Os nós emissores conseguem detectar a ocorrência de colisões. Em caso de colisão: Os nós que detectara a colisão enviam um sinal de reforço de colisão (sinal de jam) de modo a garantirem que a colisão é detectada por todos os dispositivos. Algoritmo de backoff: Os nós envolvidos na colisão param de transmitir durante um tempo pseudo-aleatório (tempo de backoff). Quando o tempo de backoff expirar, o nó pode tentar de novo transmitir a mensagem. Os dispositivos envolvidos na colisão não têm prioridade de transmissão. Existe um número máximo de tentativas. CSMA/CD
Temporização na Ethernet Colisões O sinal eléctrico numa rede Ethernet demora algum tempo a propagar-se pelo cabo. Os repetidores introduzem também atraso no sinal. Devido ao atraso é possível que mais do que um nó comecem a transmitir simultaneamente ou quase simultaneamente. Resultado: uma colisão. Princípio base: Uma colisão tem de ser detectada durante a transmissão da trama. Depois de concluída o envio da trama, o emissor mesmo que detecte uma colisão parte do pressuposto de que não é responsável e assume que a trama foi correctamente transmitida. Temporização na Ethernet Slot time O slot time é duas vezes o tempo que o sinal demora a propagar-se pela maior distância possível. Ethernet a 10 Mbps 512 tempos de bit ou 64 octetos. Ethernet a 1 000 Mbps 4 096 tempos de bit ou 512 octetos. O tempo de transmissão de uma trama não pode ser menor que o slot time. Consequência: dimensão mínima da trama 64 octetos. Sinal de Jam 32 bits.
Temporização na Ethernet Interframe spacing Depois de uma trama ter sido transmitida, todos os nós da rede devem esperar no mínimo 96 tempos de bit antes de qualquer nó poder transmitir outra trama. Tratamento de erros
Tipos de Colisões Uma colisão ocorre quando dois ou mais nós Ethernet transmitem simultaneamente. Colisão simples: colisão que foi detectada mas na tentativa seguinte a trama foi transmitida com êxito. Colisão múltipla: a mesma trama colidiu várias vezes até ser transmitida com êxito. Tipos de Colisões Tipos de colisões: Local colisão num cabo coaxial (10BASE2 ou 10BASE5), o sinal propaga-se ao longo do cabo até encontrar um sinal de outro nó. Num cabo UTP (10BASE-T, 100BASE-TX e 1000BASE-T) uma colisão é detectada quando um nó detecta um sinal no par RX ao mesmo tempo que transmite através do par TX Remota trama com comprimento inferior ao mínimo com FCS inválido que não tem os sintomas de uma colisão. Tardia colisões que ocorrem depois dos primeiros 64 octetos da trama.
Erros na Ethernet Colisão ou "runt": Transmissão simultânea que ocorre antes que tenha decorrido o slot time. Colisão tardia: Transmissão simultânea que ocorre após ter decorrido o slot time. Jabber, erros de quadros longos (long frames) e de tamanho (range error): Transmissão excessivamente longa ou de comprimento proibido. Quadro pequeno (short frame), fragmento de colisão ou "runt": Transmissão muito curta Erro de FCS: Transmissão corrompida Erro de alinhamento: Número insuficiente ou excessivo de bits transmitidos Erro de tamanho (range error): O número real e o número relatado de octetos no quadro não são idênticos Fantasma ou jabber: Um preâmbulo anormalmente longo ou evento de bloqueio Erros na Ethernet Trama longa Trama curta Erro de FCS
Autonegociação Permite a dois nós numa rede Ethernet negociar automaticamente a sua configuração de modo a oferecerem o melhor nível de desempenho conjunto. Quando não estão a transmitir os nós trocam informação, normalmente com o hub ou switch, sobre as suas capacidades através de uma série de impulsos denominados Fast Link Pulse (FLP). Autonegociação Prioridades