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Redes de Acesso em Banda Larga
Redes Ethernet e Padrão IEEE 802.3
Robert Metcalf, Xerox, 1973
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Redes de Acesso em Banda Larga
Barra
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Redes de Acesso em Banda Larga
Barra-Estrela: HUBS
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Redes de Acesso em Banda Larga
Hubs, Concentradores e Switches
Hub ou Switch
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Redes de Acesso em Banda Larga
Barra
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Redes de Acesso em Banda Larga
OSI x IEEE
AplicaçãoAplicação
ApresentaçãoApresentação
SessãoSessão
TransporteTransporte
RedeRede
EnlaceEnlace
FísicoFísico
Arquitetura OSI
FísicoFísico
LLCLLCMACMAC
Arquitetura IEEE
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Redes de Acesso em Banda Larga
CSMA/CD
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
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Redes de Acesso em Banda Larga
TT22
CSMA/CD
Tempo
TT11
TT33
ColisãoColisãoColisão
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Redes de Acesso em Banda Larga
EstaçãoEstação AtivaAtiva
MeioMeio LivreLivre??
IniciaIniciaTransmissãoTransmissão
Sim
Não
Sim
Não
ColisãoColisão??InterrompeInterrompe
TransmissãoTransmissão
IncrementaIncrementa contadorcontadorde de númeronúmero de de colisõescolisões
ReforçoReforço dedeColisãoColisão (JAM)(JAM)
AtrasoAtraso AleatórioAleatórioponderadoponderado pelopelo
númeronúmero de de colisõescolisões
TerminaTerminaTransmissãoTransmissão
Retransmissão
CSMA/CD
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Redes de Acesso em Banda Larga
CSMA/CD - Retransmissão
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 conseguirtransmitir aborta.
• retardo de transmissão pequeno no começo e grandedepois, impedindo sobrecarga
• padrão IEEE 802.3: limite dobra até 10 tentativas, depois permanece inalterado até no máximo 16 tentativas
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Redes de Acesso em Banda Larga
AA BB
Início da TransmissãoInício da Transmissão
CSMA/CD
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Redes de Acesso em Banda Larga
AA BB
B detecta meio livreB detecta meio livree inicia transmissãoe inicia transmissão
CSMA/CD
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Redes de Acesso em Banda Larga
AA BB
ColisãoColisão
CSMA/CD
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Redes de Acesso em Banda Larga
AA BB
B detecta a colisãoB detecta a colisão
CSMA/CD
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Redes de Acesso em Banda Larga
AA BB
CSMA/CD
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Redes de Acesso em Banda Larga
AA BB
A recebe o pacote enviado por B, eA recebe o pacote enviado por B, enão sabe que seu pacote sofreunão sabe que seu pacote sofreu
colisãocolisão
CSMA/CD
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Redes de Acesso em Banda Larga
AA BB
Inicio da TransmissãoInicio da Transmissão
CSMA/CD
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Redes de Acesso em Banda Larga
AA BB
B detecta meio livreB detecta meio livree inicia transmissãoe inicia transmissão
CSMA/CD
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Redes de Acesso em Banda Larga
AA BB
ColisãoColisão
CSMA/CD
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Redes de Acesso em Banda Larga
AA BB
B detecta a colisãoB detecta a colisão
CSMA/CD
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Redes de Acesso em Banda Larga
AA BB
A detecta a colisãoA detecta a colisão
CSMA/CD
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Redes de Acesso em Banda Larga
CSMA/CD
M ≥ 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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Redes de Acesso em Banda Larga
MAC Ethernet (IEEE 802.3 - 1989)
Quadro mínimo Ethernet, de acordo com as especificações IEEE 802.3: 64 Bytes64 Bytes
PreamblePreamble Start FrameStart FrameDelimiterDelimiter
DestinationDestinationMACMAC AddressAddress
7B7B 1B1B 46 Até46 Até 1500B1500BSourceSource
MACMAC AddressAddress LengthLength FCSFCS
6B6B 6B6B 2B2B
DataData
4B4B
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Redes de Acesso em Banda Larga
Fundamentos da tecnologia Ethernet
Conclusões:• 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 distânciamaior distância (em tempo de tx) entre duas entre duas
estações quaisquerestações quaisquer da rede deve ser menor do que a menor do que a metade do tempo de transmissão de 1 quadro mínimometade do tempo de transmissão de 1 quadro mínimo
• Essa distância é o domínio de colisãodomínio de colisão: 25,6 µsEste é o fator limitante do alcance de uma rede Ethernet
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Redes de Acesso em Banda Larga
MAC Ethernet (IEEE 802.3 - 1989)
É usada a codificação ManchesterManchester, com taxa de sinalização de 20 MHz e o MAC CSMA/CD:
Características:• 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
Bits
Relógio
Manchester
0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0
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Redes de Acesso em Banda Larga
Ethernet: domínio de colisão
O maior caminho entreduas estações quaisquerquaisquerda rede, em termo detempo de propagaçãodo sinal, não pode exce-der 25,6 25,6 microssegundosmicrossegundos
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Redes de Acesso em Banda Larga
Ethernet: domínio de colisão
Em um cabo coaxial, por exemplo, poderia-se chegar a 2800 m
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Redes de Acesso em Banda Larga
Padrões do Nível Físico: IEEE 802.3
10Base5 (coaxial grosso - 50 ohms)10Base2 (coaxial fino)10BROAD36 (coaxial grosso - 75 ohms)10BaseT (par trançado)10BaseF (fibra ótica)
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Redes de Acesso em Banda Larga
Comprimento Máximo de um Segmento
Segmento
Distância máxima
10Base510Base5
500 500 metrosmetros
10Base210Base2
185 185 metrosmetros
10BaseF10BaseF
DependeDepende dadatecnologiatecnologia de de transmissãotransmissão((atéaté 2 Km)2 Km)
10BaseT10BaseT
100 100 -- 150150metrosmetros
10Broad3610Broad36
3600 3600 metrosmetros
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Redes de Acesso em Banda Larga
IEEE 802.3 10Base5
Conector “N” Macho
Conector de pressão(MDI)
Conector AUIde 15 pinos
Cabo Coaxial Grosso
Interface ETHERNET com MAU externo
MAUMAU
Cabo AUI
Terminador 50 Ohm
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Redes de Acesso em Banda Larga
IEEE 802.3 10Base5
Taxa de transmissão: 10 Mbps Transmissão: Banda Básica (Baseband)Codificação: Manchester Cabeamento: Coaxial Grosso 50 Ohms (Thick Coax)Topologia física em Barramento
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Redes de Acesso em Banda Larga
IEEE 802.3 10Base2
Conector BNC Macho
Terminador BNC Macho 50 Ohm
Conector T BNC
MDI BNC Fêmea
Cabo Coaxial Fino
Interface ETHERNET com MAU interno
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Redes de Acesso em Banda Larga
IEEE 802.3 10BaseT
Par trançado Conector AUI15 Pinos
Conector BNC
Interface ETHERNET com MAU interno
Plugs RJ-45
R
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Redes de Acesso em Banda Larga
Distância máxima100 metros HUBHUB Par Trançado UTP
100 100 estaçõesestações porpor HubHub
IEEE 802.3 10BaseT
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Redes de Acesso em Banda Larga
IEEE 802.3 10BaseT
Taxa de transmissão: 10 Mbps Transmissão: Banda Básica (Baseband)Codificação: Manchester Cabeamento: Par TrançadoTopologia física em Barramento-Estrela
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Redes de Acesso em Banda Larga
Bases das extensões à rede Ethernet
Segmentação do domínio de colisãoTopologia em estrela com switch como nó centralFuncionamento em full-duplexAumento da taxa de transmissãoMudança do acesso CSMA/CDEnvio de seqüências de quadrosManutenção da planta de cabeamento
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Redes de Acesso em Banda Larga
Opções para as Extensões à rede Ethernet
Ethernet Comutada (switched Ethernet)Fast Ethernet: IEEE 802.3uEthernet Full-duplexGigabit Ethernet
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Redes de Acesso em Banda Larga
Switches Ethernet
Porta de10 Mbps
Porta de10 Mbps
Porta de10 Mbps
Porta de10 Mbps
Porta de10 Mbps
Porta de10 Mbps
Porta de10 Mbps
Porta de30 Mbps
Via de AltaVelocidade
Tempo de comutação: 0,2 mscontra 1 a 2 ms para as pontes.
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Redes de Acesso em Banda Larga
Switches Ethernet
Comutação feita por software (storestore--andand--forwardforward):• Memória compartilhada• FCS verificado antes da transferência
Comutação feita por hardware (cutcut--throughthrough):• 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
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Redes de Acesso em Banda Larga
SwitchSwitch
Switches Ethernet: cut-through
...
CircuitoCircuitoCombinacionalCombinacional
Decisão sobreDecisão sobrea a comutãçãocomutãção
Não há necessidade de Não há necessidade de bufferização bufferização do quadro inteirodo quadro inteiro
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Redes de Acesso em Banda Larga
Fast Ethernet (IEEE 802.3u - 1995)
O quadro mínimo e CSMA/CD foram mantidosmantidosA sub-camada MAC do IEEE 802.3 foi preservadaAs estações são ligadas em estrela a um hub ou switchcentralO cabeamento também pode ser preservadoÚnicaÚnica mudança: taxa de transmissão taxa de transmissão multiplicada por 10multiplicada por 10• Máximo de, aproximadamente, 205 m devido à limitação do
tamanho do quadro
As portas implementam autoauto--negociaçãonegociação e autoauto--sensingsensingpodendo operar em:• 10 ou 100 Mbps (asen) e half ou full-duplex (aneg)
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Redes de Acesso em Banda Larga
Ethernets full-duplex
Na Ethernet compartilhada, só há um quadro váli-do em toda a rede em um determinado momentoMas se colocarmos um par para tx e outro para rx ?• Ethernet full duplex
– há a suspensãosuspensão da detecção de colisão do protocolo de acesso ao meio. A banda entre a estação e o hub/switch éédobradadobrada
– O domínio de colisão deixa de existir– São necessários hubshubs, switchesswitches ee placasplacas específicasespecíficas– Existem em 10, 100 e 1.000 Mbps: só ponto a ponto
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Redes de Acesso em Banda Larga
Evolução das redes Ethernet
Ethernet 10 Mbps ou shared EthernetSwitched Ethernet 10 MbpsShared Fast Ethernet (100 Mbps)Switched Fast Ethernet (100 Mbps)Gigabit Ethernet: 802.3z
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Redes de Acesso em Banda Larga
Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z - 1998)
Principais 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
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Redes de Acesso em Banda Larga
Alguns Dados
IDC: cerca de 118 milhões de nós instaladosIDC: 86% dos nós de rede vendidos são EthernetVende cerca de 30 milhões de nós / ano (GEA)
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Redes de Acesso em Banda Larga
Rede de Acesso e Rede Interna
ProvedoresProvedores dedeAcessoAcesso ResidencialResidencial
RedesRedesInternasInternas
RedeRede dedeAcessoAcesso
Head EndHead End
ServiçosServiçosLocaisLocais
10/100 Base T
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Redes de Acesso em Banda Larga
Rede de Acesso e Rede Interna
10/100 Base T
RedeRede dedeAcessoAcesso
Head EndHead End
Físico+Enlace
PPP
IEEE 802.3
PPP
IP
TCP/UDP
APL
IEEE 802.3
....
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Redes de Acesso em Banda Larga
Referências
Ethernet:• wwwhost.ots.utexas.edu/ethernet/ethernet-home.html
Consórcio Fast Ethernet:• http://www.iol.unh.edu/consortiums/fe/index.html
Gigabit Ethernet Aliance:• www.gigabit-ethernet.org/
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