546195

Redes de Computadores

Prof. Aminadabe

2012.1

SISTEMA DE INFORMAÇÃO

Padrões 802.3 do IEEE

Padrões para Redes Locais

Organizações de Padronização: IEEE ( Institute of Electrical and Electronics Engineers) ANSI ( American National Standards Institute) ISO (International Organization for Standardization)

No que se refere às redes locais o projeto IEEE 802 é o padrão mais importante da área, tendo sido subsequentemente adotado pela ISO como base para o padrão ISO 8802

O Projeto IEEE 802 foi iniciado em 1980 com o objetivo de elaborar padrões para redes locais e metropolitanas, primariamente para as camada 1 (física) e 2 (enlace) do modelo OSI.

Padrões para Redes Locais

O comitê responsável pelo projeto é referido como IEEE Local and Metropolitan Área Network (LAN/MAN) Standards Committee

O objetivo básico do comitê é encorajar o uso de padrões.

O Comitê desenvolve padrões para vários tipos de redes: 802.3, wireless Lan, Gigabit Ethernet, IEEE 802.16 (broadband Wireless

Metropolitan Area Network (Wireless Man), etc.

O projeto IEEE 802

Grupos de Trabalho e Grupos de Estudo Ativos

IEEE 802.3 – O Padrão Ethernet

Histórico da Ethernet O início do desenvolvimento da tecnologia Ethernet ocorreu na

Xerox PARC. Em 1973, Bob Metacalfe tentava conectar estações de trabalho

avançadas entre si dando origem a Ethernet Um sistema resultante, que operava a 2,94 Mbps, podia conectar

até 256 computadores num cabo coaxial de 2,5 km e usava o método de acesso CSMA/CD.

Conceitos chave da tecnologia (uso de um canal compartilhado e escuta o meio antes da transmissão) foram derivados dos trabalhos pioneiros de acesso por contenção do projeto Slotted-Aloha, uma rede baseada em rádio transmissão desenvolvido na University of Hawai no início dos anos 70.


Evolução do Padrão Ethernet Durante os anos 70, antes da sua exploração comercial, o

Ethernet mudou de nome algumas vezes (Alto Aloha Network, Xerox Wire).

No início dos anos 80 a Xerox juntou-se à Digital e a Intel com intuito de de efetivar o Ethernet (10Mbps) como um padrão industrial de LAN´s. Este padrão chamou-se DIX (Ethernet v.1)

O protocolo foi revisado em 1982, passando então a chamar-se definitivamente Ethernet (Ethernet v.2)

Uma forma alterada do protocolo foi depois definido como padrão IEEE (802.3) e adotado também pela ISO (8802)

Desde sua regulamentação pelo IEEE, suas especificações foram totalmente disponibilizadas, permitindo que qualquer empresa desenvolvesse uma placa de rede seguindo o padrão Ethernet


Evolução do Padrão Ethernet (cont.) A largura de banda de 10 Mbps da Ethernet era mais do que o

suficiente para os computadores pessoais lentos (PCs) dos anos 80.

No princípios dos anos 90, os PCs tornaram-se mais rápidos, os tamanhos dos arquivos aumentaram e ocorreram gargalos no fluxo de dados.

A principal causa era a baixa disponibilidade de largura de banda.

Em 1995, o IEEE anunciou um padrão para 100 Mbps Ethernet.

Depois, seguiram-se padrões para Ethernet de gigabit por segundo (Gbps, 1 bilhão de bits por segundo) em 1998 e 1999.

10 Gigabit Ethernet em 2002.


Evolução do Padrão Ethernet (cont.) O padrão Ethernet original tem sido atualizado várias vezes com a

finalidade de acomodar novos meios físicos e taxas mais altas de transmissão.

Essas atualizações proporcionam padrões para as tecnologias emergentes e mantêm compatibilidade entre as variações da Ethernet.


O que é o Padrão Ethernet? Ethernet é um padrão para redes locais em barramento (Topologia

Lógica), utilizando o método de acesso ao meio por contenção CSMA/CD.

Suas especificações suportam diferentes meios, largura de banda, etc.

Formato básico dos quadros (frames) e o esquema de endereçamento é o mesmo para todas variantes de Ethernet


Fatores de sucesso Simplicidade e facilidade de manutenção

Capacidade de introdução de novas tecnologias

Confiabilidade

Instalação e atualizações econômicas


O padrão Ethernet inclui quatro blocos de montagem:

Quadro (frame) – conjunto padronizado de bits usados para transportar dados pelo sistema ethernet

Protocolo Media Access Control – Conjunto de regras embutidas em cada interface Ethernet permitindo que vários computadores acessem o canal Ethernet compartilhado de modo ordenado.

Componentes de sinalização – dispositivos eletrônicos que enviam e recebem sinais pelo canal Ethernet

Meio Físico – Cabos usados para transportar os sinais Ethernet


Padrões suplementares do padrão 802.3: 802.3a (1985): Ethernet 10BASE2 Coaxial fino

802.3c (1985): Especificações de Repetidores a 10Mbit/s

802.3d (1987): Link de Fibra FOIRL

802.3i (1990): Par trançado 10BASET

802.3j (1993): Fibra óptica 10BASE-F

802.3u (1995): Fast Ethernet 100BASE-T

802.3x (1997): Ethernet Full Duplex

802.3z (1998): Gibabit Ethernet 1000BASE-X

802.3ab (1999): Gigabit Ethernet em par trançado 1000BASE-X

802.3ad (2000): Agregação de links 802.3ae (2003): 10 Gigabit Ethernet


Modo de transmissão de dados da Ethernet

Half-Duplex – transmite a informação em ambos os sentidos, porém não simultaneamente. Nesse modo torna-se necessário o uso do protocolo CSMA/CD.

Ex.: Rádio Amador/Walk Talk, Rede Ethernet

Full-Duplex – dobra o throughput (velocidade em Mbps) da rede Ethernet com transmissão e recepção simultânea entre duas estações.

CSMA/CD não é utilizado

Usa switch ao invés de hubs

Ex.: Telefone e redes de computadores que possuem placas Full-Duplex

Padrões de Cabeamento

10BASE5 e 10BASE2Tecnologias originais Ethernet

Utiliza cabo coaxial

Funcionam a 10 Mbit/s (Obsoletas)

Não tem suporte ao modo full-duplex


10BASE T Tecnologia que popularizou o Ethernet

Velocidade de 10Mbit/s e 2 pares de fio trançado Cat. 3

Comprimento máximo 100 m.


10BASE FL Enlace de Fibra óptica

Extensão do padrão mais antigo Fiber Optic Inter-Repeater Link (FOIRL)

Velocidade de 10 Mbit/s

Comprimento de até 2 km


100BASE TX Fast Ethernet mais comumente empregado

Velocidade de 100 Mbit/s usando 2 pares de fio par trançado Cat. 5

Comprimento de até 100 m sem uso de repetidor.


100BASE FX Fast Ethernet utilizando fibras ópticas multi-modo

Comprimento de até 2km.


1000BASE T Gigabit Ethernet

Velocidade a 1000 Mbit/s (1 Gbps).

Utiliza 4 pares trançados Cat. 5 ou superior

Comprimento máximo 100m


1000BASE X Gibabit Ethernet utilizando fibra óptica, entre outros.

Utilizado em backbones de redes de campus

Velocidade 1Gbps

Comprimento

220 m – multimodo

5000 m monomodo


10 Gb Ethernet (10 GEA)Gibabit Ethernet utilizando somente fibra óptica

Multimodo

Monomodo

Comprimento máximo 40km (monomodo)

Velocidade 10 Gbit/s

OSI x IEEE

O padrão IEEE divide o nível de enlace em dois subníveis Controle Lógico de Enlace (Logical Link Control – LLC)

Responsável por implementar a interface do nível de enlance com o nível de rede (recebe os dados da camada de rede (IP, IPX ou NetBeui)

Fornece serviços como multiplexação fim-a-fim, controle de fluxo, erros e definições de diferentes classes de serviços

Controle de Acesso ao Meio (Media Access Control – MAC)Estabelece como a máquina deve ser

comunicar através da rede (Half ou Full-Duplex)Responsável por manipular tecnologias

específicas (Ethernet, Token Ring, etc) Informação é formatada em quadros (Frames)

Estrutura dos dados fisicamente Define um endereço físico MAC Encapsulamento/Desencapsulamento dos

dadosTransmissão/Recepção dos quadros

Ethernet - Endereçamento

Endereço MAC São códigos que identificam cada interface ethernet Possuem 48 bits, normalmente representados em hexadecimal

00-01-0c-a5-3f-21 ou 00:01:0c:a5:3f:21 ou 0001.0ca5.3f21 0000 0001 0000 1100 1010 0101 0011 1111 0020 0001

248 combinações = 281.474.976.710.656 Equivalente a mais de 40.000 endereços para cada habitante da terra.


Endereço MAC é único pra cada interface de equipamento existente no mundo Ex.:

Cisco: 00-00-0CSun: 08-00-20Apple: 08-00-073COM: 00-01-02IBM: 00-02-55


Cada fabricante recebe um código que pode especificar individualmente os 24 bits menos significativos do endereço MAC

Os endereços MAC de interfaces da cisco, por exemplo, podem assumir os valores: 00-00-0c-00-00-00 a 00-00-0c-ff-ff-ff 224 combinações = 16.777.216 Esgotadas as combinações, o fabricante pode receber um

novo código não utilizado.


O endereço Ethernet pode assumir 3 tipos: O endereço físico de uma interface de rede; O endereço broadcast de uma rede; O Endereço multicast

Endereço de broadcast - todos os bits são setados em 1 Ex.: FF:FF:FF:FF:FF:FF Reservado para enviar para todas as estações

simultaneamente Endereço multicast – um grupo de computadores em

rede responde a um endereço de multicast Todos computadores em um grupo multicast podem ser

alcançados simultaneamente sem afetar os outros computadores fora do grupo

Ex.: 01:00:5e:FF:FF:FF até 01:00:5e:7F:FF:FF

O Quadro Ethernet (Frame)

O campo preâmbulo é enviado para permitir a sincronização entre o receptor e o transmissor para localizar o início do frame. Sequência de 010101010101, com comprimento de 7 Bytes

Campo SFD (Start of Frame Delimiter) indica o início do frame. O byte SFD é espeficado como 10101011

O endereço de destino identifica o endereço MAC da placa de rede de destino que possui 6 bytes

O endereço de origem identifica o endereço MAC da placa de rede de origem que possui 6 bytes


O campo Tipo que informa para quem vai entregar um quadro -protocolo do pacote, que pode ser TCP/IP, XNS, DECNET, NOVELL, etc. (Foi substituído pelo campo tamanho no 802.3

O campo de dados pode variar de 64 a 1500 bytes de comprimento. O campo de dados também é conhecido como PDU (Protocol Data Unit) Se a quantidade de PDU é menor que 64 bytes, o protocolo da camada

MAC ira adicionar um PAD de tamanho variável para manter o comprimento mínimo. (quadros muito pequenos causam confusão com restos de quadros colididos)

Se a quantidade de informação é maior que o tamanho máximo (1500 bytes) permitido em um quadro, então a informação será dividida em dois ou mais quadros.


O campo CRC contém informações para o controle de correção de erros ( Cyclic Redundancy Check – CRC)

O IEEE 802.3 emprega o protocolo de acesso ao meio - CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Colision Detection) – para controlar a alocação do canal.

Colisões causam uma pequena perda de tempo, mas não causam perda de dados.

Porém, como as colisões aumentam junto com o número de PCs na rede elas podem tornar-se um problema sério em redes com mais de 30 ou 50 PCs.

Solução: dividir o tráfego da rede (switch).

Ethernet - CSMA/CD

CS (Carrier Sense) significa que sempre que um computador quiser enviar uma mensagem pelo cabo na rede, ele primeiro vai "ouví-lo" para saber se alguém mais enviou alguma mensagem.

MA (Multiple Access) significa que não existe nada que possa evitar que dois ou mais computadores tentem enviar uma mensagem ao mesmo tempo.

CD (Colision Detection) significa que depois que a placa adaptadora envia uma mensagem na rede, ela verifica atentamente para ver se colidiu com outros dados na rede.

Ethernet - CSMA/CD

Funcionamento:

A estação que deseja transmitir escuta o canal para verificar se alguma outra estação está transmitindo. Caso o canal esteja livre por um tempo chamado interframe gap (IFG), a estação inicia a transmissão.

Se o canal estiver ocupado, ele é novamente monitorado até que fique livre. A transmissão começa tão logo o canal esteja livre por um período igual ao IFG.

O canal continua a ser monitorado durante a transmissão para uma possível detecção de colisão.

Ethernet - CSMA/CD

Funcionamento (cont.):

Se uma colisão for detectada, a transmissão é abortada e um sinal especial (jam signal) é propagado no canal. Este sinal possui de 4 a 6 bytes de dados arbitrários, valores bem menores que o mínimo permitido pelo padrão Ethernet.

Após a inserção do sinal de jam, as estações envolvidas na colisão devem aguardar por um período de tempo aleatório, conhecido como tempo de backoff, dado por um algoritmo chamado Binary Exponecial Backoff, ou BEB) que determina um tempo de espera diferente entre as estações envolvidas na colisão para que elas realizem uma nova tentativa de transmissão. Uma outra colisão pode ocorrer, especialmente quando muitas máquinas estão disputando o acesso ao meio ao mesmo tempo.

Depois de 16 colisões sucessivas para uma determinada tentativa de transmissão, o pacote é descartado.

Ethernet - CSMA/CD

Ethernet - CSMA/CD - Algoritmo

O modo de trabalho é do tipo barramento: quando uma estação quer transmitir, este sinal é enviando para toda a rede.

Todas as outras estações ouviram o sinal, mas apenas a estação que tem o endereço indicado no pacote de dados receberá a informação.

Ethernet - CSMA/CD – Modo de trabalho


Fatores que contribuem para colisões na rede:

diminuição no desempenho da rede.

Comprimento do cabo.


Principais Características Técnicas - Ethernet

Protocolo de Acesso ao Meio (CSMA/CD) Taxa nominal: 10Mbit/s Meios de transmissão: Par trançado, Coaxial e Fibra óptica Tipo de transmissão: Banda base com codificação

Manchester Topologia Lógica: Barra com terminação Topologia física de implementação: Hub em Estrela Número máximo de segmento por domínio de colisão: 5 Número máximo de repetidores: 4

Fast Ethernet

Padrão IEEE 802.3u – 1995 Estações ligadas em estrela a um Hub ou Switch Mesmo formato end. MAC, tamanho do quadro, e deteccão de erros. Switches com função:

Full Duplex / Controle de Fluxo(802.3x) / Pause Frame Virtual Lan (VLAN) (802.3ac)

Protocolo de Acesso ao Meio CSMA/CD

Cabeamento: 100BASE-Tx (Par trançado categoria 5) ou 100BASE-Fx (Fibra ótica – até 2 km)

Taxa de transmissão 100 Mbit/s (em cada direção)

Gigabit Ethernet

Padrão IEEE 802.3z – 1998 Surge como uma opção mais barata que ATM em situações que

necessitam de grande largura de banda Surge como nova opção para backbone de rede local corporativa

(congestionamento) Atende demanda de aplicações multimídias, videoconferência, etc.)

Gigabit Ethernet

Mantém compatibilidade com 10BASE T e 100 BASE Tx Utiliza os quatros pares disponíveis no par trançado Cabeamento:

1000BASE T (Par trançado UTP Categoria 5 – 100m) 1000BASE Cx (Cabo Coaxial – 25m) 1000BASE Sx (Fibra Ótica Multimodo 62.5 µm/50µm – 260/550 m) 1000BASE Lx (Fibra Ótica Multimodo 62.5 µm/50µm – 440/550m –

Monomodo – 5km)

Gigabit Ethernet

Protocolo de Controle de Acesso ao Meio: Para full-duplex: flow-control

Controle de fluxo Estação receptora ao se tornar congestionada, envia um quadro pause-

frame Pause-frame

Intruções para que seja parado o envio de informações durante um intervalo de tempo específico (enviado pela estação receptora)

Time-to-wait Pacote com instruções para recomeçar o envio

Gigabit Ethernet

Vantagens: Popularidade da tecnoliga ethernet e o seu custo Ofere um aumento 10 vezes mais rápido que a Fast Ethernet Tecnologia conhecida, o que protege o investimento em recursos

humanos e em equipamentos Não há nenhuma nova camada a ser estudada

Gigabit Ethernet

Desvantagens: Apesar da alta velocidade, o padrão Gigabit Ethernet não oferece

QoS. (Um dos pontos mais fortes da tecnologia ATM) Não pode garantir certas exigências de aplicações como

videoconferência com grande número de participantesTransmissão em video em tempo real para muitos pontos

Solução para garantir a qualidade de serviçoEsquema de prioridade (IEEE 802.1p)

10 Gigabit Ethernet

Padrão 802.3 ae – 2002 Opera somente em modo full-duplex

Não há contenção (CSMA/CD) Uma estação envia sempre que desejar Fim dos Hubs

Mantém o mesmo formato do quadro Ethernet e Fast Ethernet Carrier Extension não é necessário

Não fornece qualidade de serviço Utiliza Cabos de Fibra Ótica (Cabo par trançado em

desenvolvimento) Monomodo e multimodo

Padrões Ethernet

Ethernet 10Base-T

Fast Ethernet 100Base-T

Gigabit Ethernet

1000Base-X

10 Gigabit Ethernet

10000Base-XTaxa de

transmissão10Mbps 100Mbps 1.000Mbps 10.000Mbps

Fibra Multimodo

2Km 412m (half duplex)2Km (full duplex)

550m 300m

Fibra Monomodo

25Km 20Km 3Km 40km

STP / Coax 500m 100m 25m -

UTP Cat. 5 100m 100m 100mEm Estudo (IEEE)

Documents

546195