Capítulo 4 A Subcamada de Controle de Acesso ao Meio   4.3 Ethernet Redes de computadores PPGCC IBILCE (UNESP) – Turma 1 2...
A subcamada de controle de acesso ao meio  4.3.1 Breve História da Ethernet <ul><li>Surgiu em 1973 </li></ul><ul><ul><li>B...
A subcamada de controle de acesso ao meio  4.3.1 Breve História da Ethernet Desenho do projeto de Bob Metcalfe (Arquitetur...
A subcamada de controle de acesso ao meio  4.3.2 Cabeamento Ethernet Tipos mais comuns de cabeamento Ethernet OBS: O 10Bas...
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<ul><li>No IEE 802.3: </li></ul><ul><li>Preâmbulo:  sete vezes 10101010, na codificação Manchester, visando a sincronizaçã...
<ul><li>Tamanho mínimo de um quadro é necessário para durar pelo menos 2T segundos  e permitir a detecção de colisão antes...
<ul><li>Usado para fazer o tratamento de colisão </li></ul><ul><ul><li>Determina o tempo aleatório quando ocorre uma colis...
A subcamada de controle de acesso ao meio   4.3.5 O algoritmo de recuo binário exponencial
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<ul><li>Em outros termos: </li></ul><ul><li>P   = F/B </li></ul><ul><li>T   = L/c </li></ul><ul><li>Sendo: </li></ul><ul><...
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A subcamada de controle de acesso ao meio  4.3.9 Gigabit Ethernet <ul><ul><li>Começou a ser desenvolvida em 1997  pela IEE...
A subcamada de controle de acesso ao meio  4.3.9 Gigabit Ethernet <ul><li>OBS:  Gigabit Ethernet suporta controle de fluxo...
<ul><li>Já foi falado, como conseguir  comunicação confiável sobre uma linha não confiável  usando vários protocolos de en...
<ul><li>A  multiplexação  do acesso ao meio físico no nível de enlace  é realizado através da definição de   Ponto de Aces...
<ul><li>Padronizada em 2002 com o IEEE 802.3ae; </li></ul><ul><li>Características básicas: </li></ul><ul><ul><li>Exclui-se...
A subcamada de controle de acesso ao meio   4.3.12 Conclusões <ul><li>Ethernet é a tecnologia de LAN mais amplamente utili...
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Redes ppgcc-2006-4 3

  1. 1. Capítulo 4 A Subcamada de Controle de Acesso ao Meio 4.3 Ethernet Redes de computadores PPGCC IBILCE (UNESP) – Turma 1 2006
  2. 2. A subcamada de controle de acesso ao meio 4.3.1 Breve História da Ethernet <ul><li>Surgiu em 1973 </li></ul><ul><ul><li>Bob Metcalfe (trabalhador e pesquisador da Xerox Corporation) </li></ul></ul><ul><li>Rede Experimental </li></ul><ul><ul><li>Cabo coaxial que operava a uma taxa de 3Mbps </li></ul></ul><ul><li>Protocolo CSMA/CD (melhoria quanto ao ALOHANET) </li></ul><ul><li>Atraiu a DEC e a Intel, que em conjunto com a Xerox formaram um consórcio: </li></ul><ul><ul><li>Desenvolvimento da primeira versão do Ethernet 10 Mbps </li></ul></ul><ul><li>Padrão IEEE 802.3 foi baseado nesta primeira versão do Ethernet </li></ul><ul><li>Desde então vários “suplementos” foram adicionados: </li></ul><ul><ul><li>Melhor controle de acesso de rede, taxas mais altas de transferência, etc... </li></ul></ul>
  3. 3. A subcamada de controle de acesso ao meio 4.3.1 Breve História da Ethernet Desenho do projeto de Bob Metcalfe (Arquitetura de uma rede Ethernet)
  4. 4. A subcamada de controle de acesso ao meio 4.3.2 Cabeamento Ethernet Tipos mais comuns de cabeamento Ethernet OBS: O 10BaseT foi um esquema proposto para ser possível detectar cabos partidos, conectores defeituosos ou soltos Melhor entre prédios 1024 2000m Fibra Ótica 10Base-F Fácil manutenção 1024 100m Par Trançado 10Base-T Mais econômico 30 200m Coaxial Fino 10Base2 Bom para backbones 100 500m Coaxial Grosso 10Base5 Vantagens Nós/seg. Segmento Máximo Cabo Nome
  5. 5. A subcamada de controle de acesso ao meio 4.3.2 Cabeamento Ethernet Topologias <ul><li>Cabeamentos </li></ul><ul><li>Transceiver faz contato com o núcleo do cabo que detecta a portadora e colisões </li></ul><ul><li>No 10Base5 a placa controladora trasmite e recebe quadros do transceiver </li></ul><ul><li>No 10Base2 o transceiver está na placa controladora </li></ul><ul><li>No 10Base-T utiliza hubs (tampas de pressão e conectores BNC não são permitidos) </li></ul>
  6. 6. A subcamada de controle de acesso ao meio 4.3.3 Codificação Manchester <ul><li>Identificar a diferença entre um bit 0 e um transmissor inativo </li></ul><ul><ul><li>Não é possível usar codificação binária direta, pois isso gera ambiguidades </li></ul></ul><ul><li>Na codificação usada, o período de bits dividido em 2 intervalos iguais. Segue dois padrões: </li></ul><ul><ul><li>Manchester: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Bit 1 é enviado quando a voltagem é definida como alta no primeiro intervalo e baixa no segundo ; </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Bit 0, o contrário; </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Manchester Diferencial: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Bit 1 é indicado pela ausência de uma transição no primeiro intervalo; </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Bit 0, pela presença; </li></ul></ul></ul>
  7. 7. A subcamada de controle de acesso ao meio 4.3.3 Codificação Manchester <ul><li>O esquema diferencial requer equipamentos mais complexos, porém oferece maior imunidade à ruídos; </li></ul><ul><li>Todos os sistemas Ethernet utilizam a codificação Manchester devido a sua simplicidade </li></ul>
  8. 8. <ul><li>No IEE 802.3: </li></ul><ul><li>Preâmbulo: sete vezes 10101010, na codificação Manchester, visando a sincronização entre receptor e transmissor; </li></ul><ul><li>Início: (10101011) é a marca de início de quadro; </li></ul><ul><li>Endereço Destino e Origem: endereço da estação receptora e transmissora; </li></ul><ul><li>Tamanho dos Dados: quantidade de bytes transmitidos como Dados (máx. 1500 bytes); </li></ul><ul><li>Preenchimento: usado quando necessário, para que um quadro tenho um tamanho mínimo de 64 bytes; </li></ul><ul><li>Checksum: código de verificação de erros de 32 bits (CRC). </li></ul><ul><li>OBS: No DIX Ethernet, o campo Type especifica para qual processo entregar o quadro </li></ul>A subcamada de controle de acesso ao meio 4.3.4 O Protocolo da Subcamada MAC Ethernet Enquadramento a) DIX Ethernet b) IEEE 802.3
  9. 9. <ul><li>Tamanho mínimo de um quadro é necessário para durar pelo menos 2T segundos e permitir a detecção de colisão antes do fim do quadro </li></ul><ul><li>Para uma LAN de 10 Mbps com um comprimento máximo de 2500 metros e 4 repetidores (especificação do 802.3), o tempo de ida e volta (2T) (incluindo para propagar pelos 4 repetidores), foi determinado próximo de 50 useg no pior caso . </li></ul><ul><li>Em um cabo Ethernet 10Mbps , 1 bit leva 100nseg para ser transmitido, assim 500 bits é o menor tamanho de quadro possível (Arredondado para 512 bits ou 64 bytes) </li></ul>A subcamada de controle de acesso ao meio 4.3.4 O Protocolo da Subcamada MAC Ethernet
  10. 10. <ul><li>Usado para fazer o tratamento de colisão </li></ul><ul><ul><li>Determina o tempo aleatório quando ocorre uma colisão </li></ul></ul><ul><li>Depois da colisão, o tempo é dividido em fatias de tempo </li></ul><ul><ul><li>Quando atinge N=10, o intervalo se torna fixo </li></ul></ul><ul><li>Algoritmo é adaptativo à quantidade de colisões </li></ul><ul><li>Assegura um pequeno retardo quando poucas estações colidem , mas também que as colisões serão resolvidas em um intervalo de tempo razoável quando muitas estações colidirem . </li></ul><ul><ul><li>Ex: se cada estação sempre esperasse por 0 e 1, e se 100 estações tentassem transmitir ao mesmo tempo, elas colidiriam repetidamente até que 99 delas escolhessem 0 e uma dela 1, ou vice-versa (poderia levar anos) </li></ul></ul>A subcamada de controle de acesso ao meio 4.3.5 O algoritmo de recuo binário exponencial
  11. 11. A subcamada de controle de acesso ao meio 4.3.5 O algoritmo de recuo binário exponencial
  12. 12. <ul><li>p = probabilidade de uma estação transmitir em um slot (disputado) </li></ul><ul><li>k = número de estações prontas para transmitir </li></ul><ul><li>A = kp(1-p) k-1 = probabilidade de alguma estação adquirir o canal naquele slot (apenas um das k estações transmitir) </li></ul><ul><li>A é maximizado quando p=1/k, com A -> 1/e (~ 0.36787) quando k tende ao infinito. </li></ul><ul><li>Intervalo de disputa: intervalo composto de j slots onde apenas uma estação consegue adquirir o canal em um determinado slot e nos outros (j-1) slots ninguem consegue adquirir o canal. </li></ul><ul><li>1/A = número médio de slots por intervalo de disputa </li></ul><ul><li>2T = duração do slot (ida e volta) </li></ul><ul><li>w=2T/A = duração média do intervalo de disputa </li></ul><ul><li>OBS: Assumindo o valor ótimo de p, A -> 1/e quando k tende ao infinito, w nunca será maior do que 2Te ~ 5.4T </li></ul><ul><li>P = tempo que um quadro leva pra ser transmitido </li></ul><ul><li>P/(P + w) = Eficiência do canal </li></ul>A subcamada de controle de acesso ao meio 4.3.6 Desempenho da Ethernet
  13. 13. <ul><li>Em outros termos: </li></ul><ul><li>P = F/B </li></ul><ul><li>T = L/c </li></ul><ul><li>Sendo: </li></ul><ul><li>F = comprimento do quadro </li></ul><ul><li>B = largura de banda da rede </li></ul><ul><li>L = comprimento do cabo </li></ul><ul><li>c = velocidade de prop. do sinal </li></ul><ul><li>Eficiência do canal (para w=2Te) = 1 / (1 + 2LeB/Fc) </li></ul>A subcamada de controle de acesso ao meio 4.3.6 Desempenho da Ethernet Eficiência do Ethernet 10Mbps com 2t = 51.2 useg
  14. 14. <ul><li>Quanto maior o comprimento do quadro (F) ou a velocidade de propagação do sinal (c) melhor a eficiência . </li></ul><ul><li>Quanto maior o comprimento do cabo (L) ou a largura de banda (B) pior a eficiência . </li></ul><ul><ul><li>Quanto maior o comprimento do cabo, maior a duração do slot, logo, maior a duração média do intervalo de disputa </li></ul></ul><ul><ul><li>Quanto maior a largura de banda, menor é o tempo de um quadro ser transmitido (P = F/B): </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Largura de banda não afeta na duração média do intervalo de disputa </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Se o aumento da largura de banda não estiver relacionado com a diminuição na velocidade de propagação do sinal </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Eficiência = P/(P+w) (denominador aumenta em relação ao numerador) </li></ul></ul></ul><ul><li>Ethernet implementado assim não é a melhor forma de prover alta largura de banda em distâncias muito longas (através de fibras óticas, por exemplo) </li></ul>A subcamada de controle de acesso ao meio 4.3.6 Desempenho da Ethernet (conclusões)
  15. 15. A subcamada de controle de acesso ao meio 4.3.7 Ethernet Comutada <ul><li>Forma de tratar o crescimento do tráfego na rede: </li></ul><ul><ul><li>Substituir todas as interfaces de rede </li></ul></ul><ul><ul><li>comutadores (switchs) : </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>segmenta a rede internamente </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>não haverá colisão entre os pacotes de segmentos diferentes </li></ul></ul></ul>
  16. 16. A subcamada de controle de acesso ao meio 4.3.8 Fast Ethernet <ul><li>Idéia Básica: </li></ul><ul><ul><li>Manter o formato antigo de enquadramento e todas as regras, apenas reduzir o tempo de bit de 100 nseg para 10 nseg . </li></ul></ul><ul><li>Adotado em 1995 com o padrão IEEE 802.3u, estendendo a capacidade do Ethernet para 100Mbps </li></ul><ul><li>Abandonou a utilização de cabo coaxial, sendo padronizada apenas em par trançado e fibra ótica </li></ul>Full-duplex, grandes distâncias 2000m Fibra Ótica 100Base-F Full-duplex a 100Mbps 100m Par trançado 100Base-TX Utiliza UTP Cat. 3 100m Par trançado 100Base-T4 Vantagens Tamanho máx segmento Cabo Nomenclatura
  17. 17. A subcamada de controle de acesso ao meio 4.3.9 Gigabit Ethernet <ul><ul><li>Começou a ser desenvolvida em 1997 pela IEEE </li></ul></ul><ul><ul><li>Se ramificou em quatro padrões diferentes ( 1000baseLX, 1000baseSX, 1000baseCX e o 1000baseT ) </li></ul></ul><ul><ul><li>Suporta modo de transmissão: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Full-Duplex: usado quando há Switch. Não usa CSMA/CD pois não há disputa pelo canal </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Tamanho máximo do cabo é determinado pela força do sinal , ao invés do tempo de propagação </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Half-Duplex: quando são conectados em hubs </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Tamanho máximo do cabo precisa ser 100 vezes menor que do Ethernet 10Mpbs. Considerado inaceitável, logo: </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>Emissor transmitir uma seqüência concatenada de quadros em uma única transmissão. Se a carga for menor que 512 bytes, o hardware preenche. Segmentos até 200 metros. </li></ul></ul></ul></ul></ul>
  18. 18. A subcamada de controle de acesso ao meio 4.3.9 Gigabit Ethernet <ul><li>OBS: Gigabit Ethernet suporta controle de fluxo , quando um emissor é mais veloz que o receptor na transmissão. Consiste em enviar um quadro para a outra máquina pedindo para parar a transmissão por um período de tempo. </li></ul><ul><li>OBS2: Para se conseguir 1Gbps em fibras , é necessário que a fonte de luz tenha ser ligada e desligada em até 1nseg . LED não consegue operar tão rápido. Laser é utilizado </li></ul>100 m 4 pares de UTP 1000Base-T 25 m 2 Pares de STP 1000Base-CX 5000 m Fibra Ótica 1000Base-LX 550 m Fibra Ótica 1000Base-SX Máx Segmento Cabo Nome
  19. 19. <ul><li>Já foi falado, como conseguir comunicação confiável sobre uma linha não confiável usando vários protocolos de enlace (pare-e-espere, janela deslizante volta-n e janela deslizante com repetição seletiva) </li></ul><ul><li>Estes protocolos provêem controle de erros (confirmação) e controle de fluxo (janela deslizante) </li></ul><ul><li>Os padrões IEEE estudados até agora não falaram nada sobre comunicação confiável </li></ul><ul><ul><li>Todos os IEEE 802 oferecem um serviço de datagramas não confiável </li></ul></ul><ul><li>A LLC é responsável pela multiplexação, controle de erros, controle de fluxo </li></ul><ul><ul><li>Controle lógico do enlace para todos os protocolos MAC e a interface com a camada de rede </li></ul></ul><ul><li>O padrão LLC esconde as diferenças entre os vários padrões 802 </li></ul>A subcamada de controle de acesso ao meio 4.3.10 O padrão IEEE 802.2: LLC (Logical Link Control)
  20. 20. <ul><li>A multiplexação do acesso ao meio físico no nível de enlace é realizado através da definição de Ponto de Acesso à Servico (SAP) </li></ul><ul><li>O LLC provê três opções de serviços de modo a satisfazer uma ampla gama de aplicações: </li></ul><ul><ul><li>O serviço de datagrama (sem conexão) não confiável (sem ack): provê uma ligação com a mínima complexidade do protocolo </li></ul></ul><ul><ul><li>O serviço de datagrama (sem conexão) confiável (com ack): permite que os dados sejam trocados, com controle de erros e sem conexão </li></ul></ul><ul><ul><li>O serviço confiável (com ack) orientado a conexões (ou circuito virtual): oferece entrega em ordem e controle de erros e de fluxo. Provê meios para o estabelecimento, uso, reinicio e encerramento de uma conexão; </li></ul></ul><ul><li>Para Internet , as tentativas de melhor-esforço para entregar um pacote IP são suficientes; </li></ul><ul><ul><li>Nenhum ACK no nível LLC é necessário </li></ul></ul>A subcamada de controle de acesso ao meio 4.3.10 O padrão IEEE 802.2: LLC (Logical Link Control)
  21. 21. <ul><li>Padronizada em 2002 com o IEEE 802.3ae; </li></ul><ul><li>Características básicas: </li></ul><ul><ul><li>Exclui-se o algoritmo CSMA/CD do subnível MAC: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Opera apenas ponto a ponto; </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Modo de transmissão é somente Full-Duplex ; </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Cabeamento somente de fibra óptica; </li></ul></ul><ul><li>Grande Desvantagem: </li></ul><ul><ul><li>Somente ponto-a-ponto : Não possui tecnologia cliente/servidor, então ela tem usos bastante específicos, como em backbones . </li></ul></ul><ul><li>Atualmente a tecnologia já está implantada no projeto Internet2 </li></ul>A subcamada de controle de acesso ao meio 4.3.11 10-Gigabit Ethernet
  22. 22. A subcamada de controle de acesso ao meio 4.3.12 Conclusões <ul><li>Ethernet é a tecnologia de LAN mais amplamente utilizada nas ultimas duas décadas: </li></ul><ul><ul><li>É simples, flexível, barato e fácil de manter </li></ul></ul><ul><ul><li>Interage facilmente com o TCP/IP, que se tornou dominante (IP é um protocolo sem conexão) </li></ul></ul><ul><li>A maioria das instalações modernas de Ethernet usam switches Ethernet ao invés de hubs. </li></ul><ul><li>Tipos diferentes de frame têm formatos e valores de MTU diferentes, mas podem coexistir no mesmo meio físico. </li></ul><ul><li>A maioria das diferenças entre as variedades de Ethernet podem ser resumidas em variações de velocidade e cabeamento . </li></ul><ul><ul><li>Pilha do software de protocolo de rede vai funcionar de modo idêntico na maioria dos tipos de mídia Ethernet. </li></ul></ul>

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