Redes Locais (LANs): Arquitetura IEEE 802msobral/RCO2/slides/aula9-ieee.pdf · Protocolo de enlace baseado no HDLC ... Competia então com Token Ring e Token Bus ... Enviam um sinal

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RCO2RCO2

Redes Locais (LANs):Redes Locais (LANs):Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802

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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802

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

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Exemplos de padrões partes da arquitetura Exemplos de padrões partes da arquitetura IEEE 802:IEEE 802:

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Alguns padrões da família IEEE 802:Alguns padrões da família IEEE 802:

802.2 – LLC802.2 – LLC

802.3 – Equivalente ao Ethernet 10 Mbps802.3 – Equivalente ao Ethernet 10 Mbps

802.3u – Fast Ethernet802.3u – Fast Ethernet

802.3z – Gigabit Ethernet802.3z – Gigabit Ethernet

802.1 – Interconexão e gerenciamento de LANs e 802.1 – Interconexão e gerenciamento de LANs e MANsMANs

802.1q – VLAN tagging802.1q – VLAN tagging

802.1p – Priorização de tráfego802.1p – Priorização de tráfego

802.1d – Interconexão de LANs e Spanning Tree802.1d – Interconexão de LANs e Spanning Tree

802.1x – Controle de acesso baseado em porta802.1x – Controle de acesso baseado em porta

Mais em Mais em http://standards.ieee.org/getieee802/http://standards.ieee.org/getieee802/

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Camada Física (PHY):Camada Física (PHY): CodificaçãoCodificação Geração de preâmbulo (para sincronização)Geração de preâmbulo (para sincronização) Transmissão e recepção de bitsTransmissão e recepção de bits Meio físico e topologiaMeio físico e topologia

Camada de Enlace: Camada de Enlace: Subcamada de acesso ao meio (MAC)Subcamada de acesso ao meio (MAC)

Especificação do formato de quadroEspecificação do formato de quadro EndereçamentoEndereçamento Controle de acesso ao meio (MAC)Controle de acesso ao meio (MAC)

Subcamada LLCSubcamada LLC Controle de erro e fluxo (na prática não usados)Controle de erro e fluxo (na prática não usados) Interface para camadas superioresInterface para camadas superiores

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LLC: Link Layer ControlLLC: Link Layer Control Protocolo de enlace baseado no HDLCProtocolo de enlace baseado no HDLC ServiçosServiços::

Não-conectado e não-confirmado:Não-conectado e não-confirmado: sem sem garantia de entrega de quadrosgarantia de entrega de quadros

Conectado:Conectado: implica controle de erros e de implica controle de erros e de fluxo, com estabelecimento prévio do enlacefluxo, com estabelecimento prévio do enlace

Não-conectado e confirmado:Não-conectado e confirmado: não necessita não necessita de estabelecimento prévio de enlacede estabelecimento prévio de enlace

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Quadro MAC com PDU LLC:Quadro MAC com PDU LLC:

Mas LLC na prática não é usado ! Em LANs Mas LLC na prática não é usado ! Em LANs cabeadas, o quadro MAC assim se resume ao cabeadas, o quadro MAC assim se resume ao quadro Ethernet:quadro Ethernet:

ou “Ether Type”

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Exemplo de quadro e Exemplo de quadro e PDUs de protocolos PDUs de protocolos de camadas de camadas superioressuperiores

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IEEE 802.3 e variações (ou “Ethernet”):IEEE 802.3 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 802.3 em 1982

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IEEE 802.3 e variações (ou “Ethernet”):IEEE 802.3 e variações (ou “Ethernet”): Diagrama originalmente feito por Metcalfe em

1976, para apresentar a Ethernet em uma conferência

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IEEE 802.3 e variações (ou “Ethernet”):IEEE 802.3 e variações (ou “Ethernet”): Transmissão simplificada em uma rede

Ethernet

Usa-se endereçamento:Usa-se endereçamento: Quadros contêm endereços de origem e destinoQuadros contêm endereços de origem e destino Todas estações recebem o quadroTodas estações recebem o quadro Apenas destinatário o copia e repassa para camada Apenas destinatário o copia e repassa para camada

superiorsuperior

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IEEE 802.3 e variações (ou “Ethernet”):IEEE 802.3 e variações (ou “Ethernet”): Três gerações de redes Ethernet:

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IEEE 802.3 (Ethernet):IEEE 802.3 (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

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IEEE 802.3 (Ethernet): camada PHYIEEE 802.3 (Ethernet): camada PHY

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IEEE 802.3 (Ethernet):IEEE 802.3 (Ethernet): Placa de rede e cabo para 10base2:

Uma placa de rede (NIC) com conector BNC, para

10base2

Cabo coaxial fino com conector BNC

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IEEE 802.3 (Ethernet):IEEE 802.3 (Ethernet): Placa de rede e cabo para 100baseT:

Uma placa de rede (NIC) 100baseT

Cabo TP com conector RJ-45

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IEEE 802.3 (Ethernet):IEEE 802.3 (Ethernet): Switch 10/100baseT:

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IEEE 802.3 e variações:IEEE 802.3 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 Cada segmento é segmento é um novo um novo domínio de domínio de colisãocolisão

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IEEE 802.3 e variações:IEEE 802.3 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 Domínios de colisão na colisão na figura b) figura b) também também formam um formam um domínio de domínio de broadcastbroadcast

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IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 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

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IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 e variações: Ethernet comutada (switched Ethernet)

Comparação entre uso de hub e de switch

Uso de hub Uso de switch

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IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 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)

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IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 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 ...

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IEEE 802.3u (Fast Ethernet):IEEE 802.3u (Fast Ethernet): rede a 100 Mbps Proposto em 1995 Mantém MAC para compatibilidade com 802.3 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)

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IEEE 802.3u (Fast Ethernet):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

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IEEE 802.3u (Fast Ethernet):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

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IEEE 802.3u (Fast Ethernet):IEEE 802.3u (Fast Ethernet): rede a 100 Mbps

MLT-3: bit como presença ou ausência de MLT-3: bit como presença ou ausência de transiçãotransição

MLT-3 alterna de -1 a 0 a +1, volta a 0, depois MLT-3 alterna de -1 a 0 a +1, volta a 0, depois para -1, prosseguindo indefinidamentepara -1, prosseguindo indefinidamente

Um zero é codificado como uma interrupção Um zero é codificado como uma interrupção nessa progressão. nessa progressão.

11101F

11100E

11011D

……

101002

010011

111100

4B5B

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IEEE 802.3u (Fast Ethernet): IEEE 802.3u (Fast Ethernet): Rede a 100 Mbps Meios físicos:

100baseT4: Par-trançado 4 pares (codificação 8B6T), alcance de 100 m

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IEEE 802.3u (Fast Ethernet):IEEE 802.3u (Fast Ethernet): Meios físicos (cont.):

100baseFX: Fibra ótica (codificação 4B5B e NRZI), alcance de 400 m.

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IEEE 802.3u (Fast Ethernet):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.

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IEEE 802.3u (Fast Ethernet):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

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IEEE 802.3u (Fast Ethernet):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)

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

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IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet): IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet): Rede a 1 Gbps Proposto em 1998. Meios físicos:

1000baseT: Par-trançado 4 pares, codificação TCM-4, alcance de 100m.

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IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet): 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.

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IEEE 802.3aX (10 Gigabit Ethernet): 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 ...

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MúltiplosPHY

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IEEE 802.3aX (10 Gigabit Ethernet): 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)

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Switch e NIC

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IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 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 802.3

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IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 e variações: subcamada MAC CSMA/CD Tabela de parâmetros

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IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 e variações: subcamada MAC CSMA/CD

Fluxograma para transmissão de quadro

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IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 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

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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802Meio ocioso por 9.6 us ... inicia transmissão

Meio ocioso...inicia transmissão

colisão

Colisãodetectada

Jam com 32 bits 1

Jam com 32 bits 1

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IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 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:

0r2k

k=minn ,10r∈ℕ

r: tempo de espera (quantidade de tempos de slot)n: contador de tentativas de transmissão de um mesmo

quadro (máximo: 16 tentativas)

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IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 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

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IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 e variações: subcamada MAC CSMA/CD

Fluxograma para recepção de quadro

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Referências:

Padrão IEEE 802.3 seções 1 a 5 (ver

http://www.sj.ifsc.edu.br/~msobral/RCO2/docs.html)

Andrew Tanenbaum. Redes de Computadores 3a ed. Capítulo 4

http://www.sj.ifsc.edu.br/~msobral/RCO2/docs.html

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