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Redes Ethernet e Padr達o IEEE 802.3 Redes de Acesso em Banda Larga

Robert Metcalf, Xerox, 1973 1


Barra Redes de Acesso em Banda Larga

2


Barra-Estrela: HUBS Redes de Acesso em Banda Larga

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Hubs, Concentradores e Switches Redes de Acesso em Banda Larga

Hub ou Switch

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Barra Redes de Acesso em Banda Larga

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OSI x IEEE Redes de Acesso em Banda Larga Arquitetura OSI

Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede

Arquitetura IEEE

Enlace

LLC MAC

Físico

Físico

6


Redes de Acesso em Banda Larga

CSMA/CD

Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

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CSMA/CD Redes de Acesso em Banda Larga

Colis達o Colis達o

Tempo

T1 T2 T3

8


CSMA/CD Redes de Acesso em Banda Larga

Estação Ativa

Retransmissão Não

Meio Livre? Livre?

Atraso Aleatório ponderado pelo número de colisões

Sim Incrementa contador de número de colisões

Inicia Transmissão

Sim Colisão? Colisão?

Interrompe Transmissão

Não Termina Transmissão

9

Reforço de Colisão (JAM)


CSMA/CD - Retransmissão Redes de Acesso em Banda Larga

Ë Espera Aleatória Exponencial Truncada • se houve colisão, espera tempo aleatório entre 0 e

limite • o limite é dobrado a cada colisão sucessiva até o

número máximo de colisões. Se não conseguir transmitir aborta. • retardo de transmissão pequeno no começo e grande

depois, impedindo sobrecarga • padrão IEEE 802.3: limite dobra até 10 tentativas,

depois permanece inalterado até no máximo 16 tentativas 10


CSMA/CD Redes de Acesso em Banda Larga

Início da Transmissão

B

A

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CSMA/CD Redes de Acesso em Banda Larga

B detecta meio livre e inicia transmiss達o

B

A

12


CSMA/CD Redes de Acesso em Banda Larga

Colis達o

B

A

13


CSMA/CD Redes de Acesso em Banda Larga

B detecta a colis達o

B

A

14


CSMA/CD Redes de Acesso em Banda Larga

B

A

15


CSMA/CD Redes de Acesso em Banda Larga

A recebe o pacote enviado por B, e n達o sabe que seu pacote sofreu colis達o

B

A

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CSMA/CD Redes de Acesso em Banda Larga

Inicio da Transmiss達o

B

A

17


CSMA/CD Redes de Acesso em Banda Larga

B detecta meio livre e inicia transmiss達o

B

A

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CSMA/CD Redes de Acesso em Banda Larga

Colis達o

B

A

19


CSMA/CD Redes de Acesso em Banda Larga

B detecta a colis達o

B

A

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CSMA/CD Redes de Acesso em Banda Larga

A detecta a colis達o

B

A

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CSMA/CD Redes de Acesso em Banda Larga

ËM ≥ 2 C Tp (Banda Básica) • M é o tamanho do pacote em bits • C é a taxa de transmissão da rede em bps • Tp é o tempo de propagação do sinal no meio

(considerando retardo de repetidores)

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MAC Ethernet (IEEE 802.3 - 1989) Redes de Acesso em Banda Larga

ËQuadro mínimo Ethernet, de acordo com as especificações IEEE 802.3: 64 Bytes 7B Preamble

1B

6B

6B

2B

Start Frame Destination Source Length Delimiter MAC Address MAC Address

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46 Até 1500B

4B

Data

FCS


Fundamentos da tecnologia Ethernet Redes de Acesso em Banda Larga

ËConclusões: • É preciso estar transmitindo para se detectar colisão • Taxa Ethernet: 10 Mbps, logo, 1 bit a cada 0,1 µs • Quadro mínimo Ethernet: 64 Bytes = 512 bits • Logo, a maior distância (em tempo de tx) entre duas

estações quaisquer da rede deve ser menor do que a metade do tempo de transmissão de 1 quadro mínimo • Essa distância é o domínio de colisão: colisão 25,6 µs

ËEste é o fator limitante do alcance de uma rede Ethernet 24


MAC Ethernet (IEEE 802.3 - 1989) Redes de Acesso em Banda Larga

ËÉ usada a codificação Manchester, Manchester com taxa de sinalização de 20 MHz e o MAC CSMA/CD: Relógio Bits

0

1

1

0

0

0

1

1

0

1

0

Manchester

ËCaracterísticas: • Nível 0: 0 volts, nível 1: -1,2 volts • Como sempre há transições, o nível médio de tensão

no cabo, na presença de 1 quadro, é maior que -1,2 V • Nível médio de tensão, na colisão: -1,49 a -1,63 V 25


Ethernet: domínio de colisão Redes de Acesso em Banda Larga

ËO maior caminho entre duas estações quaisquer da rede, em termo de tempo de propagação do sinal, não pode exceder 25,6 microssegundos

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Ethernet: domínio de colisão Redes de Acesso em Banda Larga

ËEm um cabo coaxial, por exemplo, poderia-se chegar a 2800 m

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Padrões do Nível Físico: IEEE 802.3 Redes de Acesso em Banda Larga

Ë10Base5 (coaxial grosso - 50 ohms) Ë10Base2 (coaxial fino) Ë10BROAD36 (coaxial grosso - 75 ohms) Ë10BaseT (par trançado) Ë10BaseF (fibra ótica)

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Comprimento Máximo de um Segmento Redes de Acesso em Banda Larga

Segmento Distância máxima

10Base2 185 metros

10Base5

10BaseF

10BaseT

10Broad36

500 metros

Depende da tecnologia de transmissão (até 2 Km)

100 - 150 metros

3600 metros

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IEEE 802.3 10Base5 Redes de Acesso em Banda Larga

MAU

Interface ETHERNET com MAU externo

Conector de pressão (MDI)

Cabo AUI Cabo Coaxial Grosso

Conector “N” Macho Conector AUI de 15 pinos

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Terminador 50 Ohm


IEEE 802.3 10Base5 Redes de Acesso em Banda Larga

ËTaxa de transmissão: 10 Mbps ËTransmissão: Banda Básica (Baseband) ËCodificação: Manchester ËCabeamento: Coaxial Grosso 50 Ohms (Thick Coax) ËTopologia física em Barramento

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IEEE 802.3 10Base2 Redes de Acesso em Banda Larga

Cabo Coaxial Fino

Interface ETHERNET com MAU interno

Conector BNC Macho Conector T BNC Terminador BNC Macho 50 Ohm

MDI BNC FĂŞmea

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IEEE 802.3 10BaseT Redes de Acesso em Banda Larga

R

Plugs RJ-45 Interface ETHERNET com MAU interno

Par tranรงado

Conector BNC

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Conector AUI 15 Pinos


IEEE 802.3 10BaseT Redes de Acesso em Banda Larga

100 estações por Hub Distância máxima 100 metros

HUB

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Par Trançado UTP


IEEE 802.3 10BaseT Redes de Acesso em Banda Larga

ËTaxa de transmissão: 10 Mbps ËTransmissão: Banda Básica (Baseband) ËCodificação: Manchester ËCabeamento: Par Trançado ËTopologia física em Barramento-Estrela

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Bases das extensões à rede Ethernet Redes de Acesso em Banda Larga

ËSegmentação do domínio de colisão ËTopologia em estrela com switch como nó central ËFuncionamento em full-duplex ËAumento da taxa de transmissão ËMudança do acesso CSMA/CD ËEnvio de seqüências de quadros ËManutenção da planta de cabeamento

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Opções para as Extensões à rede Ethernet Redes de Acesso em Banda Larga

ËEthernet Comutada (switched Ethernet) ËFast Ethernet: IEEE 802.3u ËEthernet Full-duplex ËGigabit Ethernet

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Switches Ethernet Redes de Acesso em Banda Larga Tempo de comutação: 0,2 ms contra 1 a 2 ms para as pontes. Porta de 30 Mbps

Porta de 10 Mbps

Porta de 10 Mbps

Porta de 10 Mbps

Via de Alta Velocidade

Porta de 10 Mbps

Porta de 10 Mbps

Porta de 10 Mbps

39

Porta de 10 Mbps


Switches Ethernet Redes de Acesso em Banda Larga

ËComutação feita por software (store-and-forward): forward • Memória compartilhada • FCS verificado antes da transferência

ËComutação feita por hardware (cut-through): through • Estabelecimento de circuito entre porta de origem e

destino durante a transmissão de um quadro • Latência pequena: não há detecção de erros • Comutação baseada apenas no endereço MAC

40


Switches Ethernet: cut-through Redes de Acesso em Banda Larga

Switch Decisão sobre a comutãção

... Circuito Combinacional

Não há necessidade de bufferização do quadro inteiro 41


Fast Ethernet (IEEE 802.3u - 1995) Redes de Acesso em Banda Larga

Ë O quadro mínimo e CSMA/CD foram mantidos Ë A sub-camada MAC do IEEE 802.3 foi preservada Ë As estações são ligadas em estrela a um hub ou switch central Ë O cabeamento também pode ser preservado Ë Única mudança: taxa de transmissão multiplicada por 10 •

Máximo de, aproximadamente, 205 m devido à limitação do tamanho do quadro

Ë As portas implementam auto-negociação e auto-sensing podendo operar em: •

10 ou 100 Mbps (asen) e half ou full-duplex (aneg) 42


Ethernets full-duplex Redes de Acesso em Banda Larga

ËNa Ethernet compartilhada, só há um quadro válido em toda a rede em um determinado momento ËMas se colocarmos um par para tx e outro para rx ? • Ethernet full duplex

– há a suspensão da detecção de colisão do protocolo de acesso ao meio. A banda entre a estação e o hub/switch é dobrada – O domínio de colisão deixa de existir – São necessários hubs, hubs switches e placas específicas – Existem em 10, 100 e 1.000 Mbps: só ponto a ponto 43


Evolução das redes Ethernet Redes de Acesso em Banda Larga

ËEthernet 10 Mbps ou shared Ethernet ËSwitched Ethernet 10 Mbps ËShared Fast Ethernet (100 Mbps) ËSwitched Fast Ethernet (100 Mbps) ËGigabit Ethernet: 802.3z

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Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z - 1998) Redes de Acesso em Banda Larga

ËPrincipais características: • Iniciativa da 3Com (Gigabit Ethernet Alliance) • Opções

– half-duplex • Mantém CSMA/CD, • Quadro – Há extensão (extension bits) para o quadro mínimo ter 512 bytes

• Pode utilizar “frame bursting” – diminuir o overhead causado pelos extension bits

– full-duplex • Não tem colisão 45


Alguns Dados Redes de Acesso em Banda Larga

ËIDC: cerca de 118 milhões de nós instalados ËIDC: 86% dos nós de rede vendidos são Ethernet ËVende cerca de 30 milhões de nós / ano (GEA)

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Rede de Acesso e Rede Interna Redes de Acesso em Banda Larga Redes Internas

Provedores de Acesso Residencial

10/100 Base T

Serviรงos Locais

Rede de Acesso

Head End 47


Rede de Acesso e Rede Interna Redes de Acesso em Banda Larga 10/100 Base T

Rede de Acesso

Head End

APL ....

TCP/UDP IP

PPP FĂ­sico+Enlace

PPP IEEE 802.3

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IEEE 802.3


Referências Redes de Acesso em Banda Larga

ËEthernet: •

wwwhost.ots.utexas.edu/ethernet/ethernet-home.html

ËConsórcio Fast Ethernet: •

http://www.iol.unh.edu/consortiums/fe/index.html

ËGigabit Ethernet Aliance: •

www.gigabit-ethernet.org/

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Ethernet  

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