QUADRO ETHERNETTodos os dados em uma rede Ethernet viajam em estruturas chamadas quadros (ou frames). Um quadro

Ethernet tem campos definidos para dados e outras informações que ajudam os dados a atingirem seu destino e para ajudar o computador destinatário a determinar se os dados chegaram intactos.

O hardware do controlador Ethernet coloca informações a serem enviadas em quadros para transmissão, e extrai e armazena a informação recebida em quadros.

A Tabela 1 mostra os campos em um quadro Ethernet IEEE 802.3. Os campos adicionam bits de sincronização, endereçamento de informação, seqüência de verificação de erro, e informações adicionais de identificação aos dados enviados.Tabela 1 - Um quadro Ethernet IEEE 802.3 tem sete camposCampo Comprimento (bytes) PropósitoPreâmbulo 7 Padrão de bits para sincronizaçãoDelimitador de início de Quadro 1 Fim do padrão de sincronizaçãoEndereço do destinatário 6 Endereço físico (MAC) do destinoEndereço do emissor (fonte) 6 Endereço físico do emissorComprimento/Tipo 2 Se menor ou igual a 1500 (05DCh), o comprimento

do campo de dados em bytes. Se maior ou igual a 1536 (0600h), o protocolo usado pelo conteúdo do campo de dados

Dados 46 até 1500 A informação que o emissor deseja enviar ao destinatário

Seqüência de verificação do quadro 4 Valor de verificação de erroPreâmbulo e Delimitador de Início de Quadro

Os campos preâmbulo e delimitador de início de quadro funcionam juntos. Eles fornecem um padrão previsível de bits que habilita a interface a sincronizar-se, em uma rede que opere a 10 Mbps, ou determinar a temporização correta, com um novo quadro transmitido.

Em todo link de dados, a interface receptora precisa saber quando ler os bits no dado transmitido. Algumas interfaces, como as I2C, são interfaces síncronas que incluem uma linha de clock compartilhada por todos os dispositivos. Com I2C, os dispositivos de transmissão escrevem cada bit quando o clock desce, e a interface receptora lê cada bit quando o clock sobe.

Outras interfaces, tais como Ethernet, são assíncronas, o que significa que as interfaces não compartilham uma linha de clock. RS-232 e outras interfaces seriais que usam uma UART são assíncronas. Cada palavra transmitida começa com um bit de início. O receptor usa o bit de início como uma referência de tempo para predizer quando ler cada um dos bits seguintes. Umcaracter RS-232 tem tipicamente oito ou nove bits que seguem o bit de início.

Em contraste, um quadro Ethernet pode conter acima de 1000 bits. Detectar uma única mudança de voltagem no início de um quadro não é suficiente para permitir uma boa estimativa de quando ler cada um dos bits seguintes.

Para Ethernet 10 Mbps, a solução é iniciar cada quadro com um padrão conhecido de bits contendo várias transições. As interfaces receptoras utilizam o padrão para sincronizar com o clock do quadro transmitido.

Os campos preâmbulo e delimitador de início de quadro fornecem este padrão de bits. O preâmbulo consiste de sete bytes idênticos, cada um com o valor 10101010 (AAh). O Delimitador de Início de Quadro segue o preâmbulo e consistes de um byte com valor 10101011 (ABh). Após detectar a primeira transição no preâmbulo, uma interface receptora usa as transições dos bits seguintes para sincronizar com a temporização da interface transmissora. Os dois bis finais no delimitador de início de quadro indicam o fim do preâmbulo do quadro.

As interfaces Ethernet mais rápidas usam métodos diferentes para sincronizar, mas incluem o preâmbulo para manter a compatibilidade com as mais lentas.

No antigo padrão DIX, o campo preâmbulo tinha 64 bits e incluía o byte de início de quadro, enquanto que o padrão 802.3 define o Início de quadro como um campo separado. Os padrões de bits transmitidos são os mesmos nos dois casos.Endereço do Destinatário

Cada interface Ethernet tem um endereço físico de 48 bits que identifica a interface na rede. O campo Endereço do Destinatário contém o endereço físico do receptor desejado do quadro. O receptor pode ser uma interface única, um grupo de interfaces identificadas por um endereço de multicast, ou um endereço de broadcast para todas as interfaces na rede.

Toda interface na rede lê o Endereço do Destinatário de um quadro recebido. Se o endereço lido não coincidir com o endereço físico próprio da interface receptora nem com um endereço de multicast aceito pela interface receptora nem for um endereço de broadcast, a interface ignorará o restante do quadro.

Os dois primeiros bits no endereço têm significados especiais. O primeiro bit é 0 se o endereço for de uma única interface, e é 1 se o endereço for de multicast ou broadcast. Um endereço de broadcast é todo composto por 1s e é direcionado para toda interface na rede. Multicast fornece uma maneira de uma interface se comunicar com um grupo seleto de interfaces. As interfaces no grupo multicast são configuradas para aceitarem quadros enviados para um endereço específico de multicast.

O segundo bit do endereço do destinatário é zero se o endereço foi atribuído pelo fabricante da interface, o que é o caso mais comum. No padrão 802.3, o segundo bit é 1 se o endereço foi atribuído localmente pelo administrador da rede. No padrão DIX, o segundo bit é sempre zero.Endereço do Emissor (Fonte)

O campo Endereço Fonte contém o endereço físico de 48 bits da interface transmissora.Comprimento/Tipo

O campo Comprimento/Tipo tem tamanho de 16 bits e pode ter um dentre dois significados. O campo pode indicar o número de bytes de dados válidos no campo Dados ou o protocolo utilizado pelos dados no campo seguinte.

Se o valor for menor ou igual a 1500 em decimal (05DCh), o valor indica comprimento. O campo de dados deve conter entre 46 e 1500 bytes. Se existirem menos do que 46 bytes de dados úteis, o campo de comprimento pode indicar quantos bytes são dados válidos.

Se o valor for maior ou igual a 1536 em decimal (0600h), o campo indica o protocolo utilizado pelo conteúdo do campo de dados. Um banco de dados no site da Web da Internet Assegned Numbers Authority (www.iana.org) especifica valores para diferentes protocolos. O valor para o protocolo IP é 0800h.

Valores entre 1501 até 1535 em decimal são indefinidos.O padrão DIX define este campo como sendo apenas de Tipo. O padrão IEEE 802.3 definiu o campo como

apenas de comprimento. O padrão 802.3 atual permite os dois usos.Dados

Os conteúdos do campo de dados são a razão da existência do quadro. Os dados são a informação que o transmissor deseja enviar.

O campo de dados deve ter entre 46 e 1500 bytes. Se existirem menos do que 46 bytes de dados, o campo deve incluir bytes de enchimento para aumentar o tamanho até 46 bytes. Se a interface transmissora tiver mais do que 1500 bytes para enviar, ela usará múltiplos quadros.

O campo de dados geralmente contém informação adicional com os dados enviados. Esta informação está tipicamente em cabeçalhos precedendo os dados. O quadro Ethernet não se importa com o que está escrito no campo de dados, desde que ele seja adequado aos seus requisitos.

Quadros com exatos 1500 bytes são os mais eficientes porque têm apenas 26 bytes, ou menos do que 2%, de sobrecarga. No outro extremo, um quadro com apenas um byte de dado mais 26 bytes de cabeçalhos e os requeridos 45 bytes de enchimento tem 71 bytes de sobrecarga.

Um quadro Ethernet deve ter pelo menos 512 bits (64 bytes) não incluindo os bits do Preâmbulo e do Delimitador de Início de Quadro. Esse é o tamanho de um quadro com o mínimo de 46 bytes de dados. A interface receptora ignorará quadros menores do que esse tamanho mínimo.Seqüência de Verificação de Quadro

O campo Seqüência de Verificação de Quadro (FCS – Frame Check Sequence) torna a interface hábil a detectar erros em um quadro recebido.

Ruído elétrico ou outros problemas na rede podem corromper o conteúdo de um quadro. Uma interface receptora pode detectar dados corrompidos usando o valor de verificação de redundância cíclica (CRC) escrito no campo Seqüência de Verificação de Quadro. A interface transmissora calcula o valor de redundância cíclica (CRC). A interface receptora realiza o mesmo cálculo nos bytes recebidos. Se os resultados forem coincidentes, os conteúdos do quadro recebido devem ser idênticos aos enviados.

O hardware do controlador Ethernet tipicamente realiza os cálculos dos valores de redundância cíclica nos dois extremos da comunicação. Ao detectar um erro em um quadro recebido, o controlador tipicamente ajusta um bit em um registrador de estado.Controle de Acesso ao Meio: Decidindo Quando Transmitir

Nas redes Ethernet que usam interfaces half-duplex, apenas uma interface pode transmitir de cada vez, de modo que a interface precisa de um método para decidir quando a transmissão pode ocorrer. O padrão Ethernet se refere ao método para decidir quem pode transmitir como controle de acesso ao meio.

O padrão Ethernet usa um método de controle de acesso ao meio chamado Carrier sense multiple Access with collision detection, ou CSMA/CD. Esse método permite a qualquer interface tentar transmitir sempre que a rede estiver ociosa. Se duas ou mais interfaces tentarem transmitir ao mesmo tempo, ambas esperam um pouco, depois tentam novamente.

Toda interface pode tentar transmitir em uma rede que esteja ociosa a pelo menos uma quantidade de tempo definida como o interframe gap (IFG). Em uma rede 10 Mbps, o IFG é igual ao tempo de duração de 96 bits, ou 9.6 microsegundos.Limites da Rede para Garantir a Detecção de Colisão

Para prevenir que uma interface tente utilizar um quadro que tenha sofrido uma colisão, uma interface transmissora deve ser capaz de detectar a colisão e abandonar o quadro antes de transmitir durante um slot (intervalo) de tempo. O padrão IEEE especifica intervalos (slots) de tempo e comprimento máximo de cabo para garantir que a interface transmissora sempre será capaz de detectar colisão a tempo.

Para Ethernet 10 Mbps e Fast Ethernet, um slot de tempo é igual ao tempo requerido para transmitir 512 bits, o que é o menor tamanho de quadro menos o Preâmbulo e o Delimitador de Início de Quadro.

Para Gigabit Ethernet, o tamanho mínimo de quadro é 512 bits, mas o slot de tempo é de 4096 bits.