IEEE 802.3: Rede Ethernet e Padrões

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Prof. Sérgio Colcher
colcher@inf.puc-rio.br
IEEE 802.3: Rede EthernetIEEE 802.3: Rede Ethernet
Redes
2
Padrões IEEE 802.X
G
ER
EN
C
IA
M
EN
TO
G
ER
EN
C
IA
M
EN
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1
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10
80
2.
10
802.3802.3 802.4802.4 802.5802.5 802.6802.6
PONTESPONTES 802.1802.1
802.2802.2
802.11802.11 802.12802.12 802.15802.15 802.16802.16 802.17802.17
EnlaceEnlace
FísicoFísico
LLCLLC
MACMAC
3
IEEE 802.3: Histórico
§ Primeira publicação em 1985.
§ Vãrios projetos têm continuamente
adicionado novas funcionalidades e
propostas de atualização.
· Até ser incorporada ao texto do padrão
de forma definitiva, cada proposta de
adendo é identificada com um sufixo
o ex. IEEE 802.3ae.
§ Protocolo de Controle de Acesso ao
Meio (MAC): Carrier Sense Multiple
Access with Collision Detection
(CSMA/CD).
· inicialmente desenvolvido pela rede
experimental Ethernet desenvolvida no
Centro de Pesquisas da Xerox de Palo
Alto
o Primeira rede experimental Ethernet
funcionava a 2,94 Mbps
o O IEEE 802.3 especificou, desde o
início, uma taxa de 10 Mbps
Robert M. Metcalfe
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Adições e Adendos
§ Algumas das maiores modificações e adendos ao IEEE 802.3
acabaram ficando conhecidas no mercado pelo seu sufixo
original
· Os mais comuns são aqueles que adicionaram suporte a taxas mais
altas de transmissão
o Por exemplo
• IEEE Std 802.3u
– adicionou a operação a100 Mbps (também conhecida como Fast Ethernet),
• IEEE Std 802.3x
– especificou a operação full duplex e um protocolo específico de controle de
fluxo,
• IEEE Std 802.3z
– adicionou a operação a 1000 Mbps operation (também conhecida como
Gigabit Ethernet) e
• EEE Std 802.3ah
– especificou a “Access Network Ethernet” (também conhecida como
“Ethernet in the First Mile”).
o Todos esses adendos já estão hoje incluídos no IEEE std 802.3-2015 e
não são mais mantidos nos documentos citados acima
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IEEE 802.3 – 2015
§ Na versão atual (2015), o IEEE 802.3 é composto dos seguintes documentos
· Section One
o 10 Mb/s operation and the MAC, frame formats and service interfaces used for all speeds of
operation.
· Section Two
o 100 Mb/s operation and management attributes for multiple protocols and operational
speeds
o power over twisted pair cabling for multiple operational speeds.
· Section Three
o 1000 Mb/s operation.
· Section Four
o 10 Gb/s operation.
· Section Five
o services and protocol elements that permit the exchange of IEEE 802.3 format frames
between stations in a subscriber access network.
· Section Six
o Energy-Efficient Ethernet.
o Specific Link Layer Discovery Protocol (LLDP)
o 40 Gb/s and 100 Gb/s
o Support for time synchronization protocols.
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Modos de Operação
§ O IEEE 802.3 prevê dois modos distintos de
operação:
· Half duplex e full duplex.
o Uma dada instância de interface IEEE 802.3 opera em um
dos dois modos em um dado instante
o O termo “CSMA/CD MAC” é utilizado ao longo do padrão
como um sinônimo ao termo “802.3 MAC”
• Podendo representar uma instância de interface operando
em qualquer dos dois modos
– Mesmo considerando que uma interface operando em modo
full-duplex não implementa o algoritmo do CSMA/CD
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Operação Half Duplex
§ No modo half duplex o CSMA/CD é o método de controle de
acesso pelo qual duas ou mais estações compartilham um
meio físico comum
· CSMA/CD:
o Para transmitir, uma estação espera por um período de inatividade
do meio
o Ao perceber essa inatividade por um intervalo determinado,
transmite a mensagem desejada
o Se, após iniciada a transmissão, uma estação percebe a colisão
com alguma outra, cada uma das transmissoras interrompe a
transmissão de seu quadro e reforça a colisão com um padrão de
bits pré-determinado
• Para assegurar a detecção da colisão por todas as estações
envolvidas
o A estação espera um tempo adicional, aleatório, antes de voltar a
tentar a retransmissão do quadro colidido e interrompido.
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Operação Full Duplex
§ Comunicações simultâneas utilizando enlaces
ponto-a-ponto
§ Não há necessidade de espera por inatividade do
meio
§ Não há necessidade de detecção de colisão
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Padrão IEEE 802.3: Modo Half-duplex
§ Semântica do Protocolo da Camada MAC
· CSMA-CD
· Espera Aleatória Exponencial Binária Truncada
o tempo aleatório entre 0 e (limite superior)*2n
• nas primeiras 10 tentativas n varia de 1 a 10, nas tentativas
subseqüentes, n continua com o valor 10.
• depois de 16 tentativas mal sucedidas, a interface reporta
tempo de acesso infinito (aborta transmissão).
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Estação Ativa
Inicia Transmissão
Colisão?
FIM
Meio Livre?
Sim
Não
Sim
Não
Interrompe
Transmissão
e Transmite
Reforço (JAM)
Espera
Aleatória
Exponecial
Truncada
Num. de Colisões (N) = 0
ContinuaTransmissão
até Fim do Quadro
N = N + 1
Meio Físico é monitorado
durante o período da
“Janela de Contenção”
CSMA/CD
CS
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CSMA/CD - Retransmissão
§ Espera Aleatória Exponencial Truncada
· Se houve colisão, espera tempo aleatório entre 0 e um
limite
· O limite é dobrado a cada colisão sucessiva até um
número máximo de colisões estipulado.
o A partir daí, o limite permanece inalterado por mais um
certo número de tentativas máximo estipulado
• Se não conseguir transmitir até o número máximo de
tentativas, então aborta a transmissão
• No padrão IEEE 802.3:
– O limite dobra até 10 tentativas, depois permanece inalterado
até no máximo 16 tentativas
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Ethernet: domínio de colisão
§ O maior caminho entre
duas estações quaisquer
da rede, em termos de
tempo de propagação
do sinal, não pode exce-
der 25,6 microssegundos
· No caso das redes a 10Mbps
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PDU IEEE 802.3
§ Preâmbulo: 7 bytes 10101010 (sincronização do transmissor e receptor)
· codificação Manchester
§ SFD - Start Frame Delimiter - 10101011
§ Tamanho mínimo (64 bytes a partir de DA) e máximo (1518 bytes = 1,5 KB)
· PAD para satisfazer tamanho mínimo do quadro
M >= 2CTp
§ FCS - CRC-32:
· x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 + x + 1
Preamb Start FrameDelimiter
Destination
MAC Address
7B 1B 46 até 1500B
Source
MAC Address
Length/
Type
FCS
6B 6B 2B
Data + PAD
4B
No mínimo 64 Bytes e no máximo 1518 Bytes
14
Padrão IEEE 802.3
§ Formato da PDU da Camada MAC
· Length/Type
o Tamanho do campo de dados sem o PAD
• Valores menores ou iguais a 1500
o Tipo do Protocolo (herança do padrão DIX)
• Valores acima de 1536 em decimal
– Ex: 0x800 = IP
– Camada superior é responsável por entregar dados
com tamanho mínimo (46 Bytes)
Preamb Start FrameDelimiter
Destination
MAC Address
7B 1B 46 até 1500B
Source
MAC Address
Length/
Type
FCS
6B 6B 2B
Data + PAD
4B
No mínimo 64 Bytes e no máximo 1518 Bytes
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Padrão para Nível Físico 802.3
§ Nomenclatura:
taxa de
transmissão
em Mbps
técnica de
sinalização
(Base ou Broad)
(tamanho máximo do segmento)/100
ou
letra indicando algum complemento ou
tipo de Meio
10 Base T
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Alguns dos Padrões do Nível Físico IEEE 802.3
§ Exemplos:
· 10Base5 (coaxial grosso - 50 ohms)
· 10Base2 (coaxial fino)
· 10BROAD36 (coaxial grosso - 75 ohms)
· 10BaseT (par trançado)
· 10BaseF (fibra ótica)
· 100BaseT
· 1000BaseT
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Ex: IEEE 802.3 10BaseT
Par trançado Conector AUI
15 Pinos
Conector BNC
Interface ETHERNET
com MAU interno
Plugs RJ-45
R
18
Perguntas ?