Aula9 2013

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Tecnologias de LAN 
1- Endereços de LAN e ARP 
1.1- Endereço de LAN (ou MAC ou físico): 
� usado para levar o datagrama de uma interface física a outra 
fisicamente conectada com a primeira (isto é, na mesma 
rede); 
� Endereços MAC com 48 bits ou 6 bytes (na maioria das 
LANs) gravado na memória fixa (ROM) do adaptador de rede 
=> endereço permanente; 
� Endereços MAC (de LAN) são caracteristicamente expressos 
como pares de números decimais; 
� Não existem dois adaptadores com o mesmo endereço; 
 
 
 
 
 
 
 
Cada adaptador numa LAN tem um único endereço de LAN 
� A alocação de endereços MAC é administrada pelo IEEE; 
� O fabricante compra porções do espaço de endereço MAC 
(para assegurar a unicidade); 
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� Os primeiros 24 bits do endereço físico são fixos e os 24 bits 
restantes são usados para criar as combinações para cada 
adaptador; 
1.2 - Protocolo Ipv4 (Ver outra apostila!!) 
1.3-Comparação entre endereço IP e MAC: 
MAC (LAN) IP 
Endereços de camada de enlace. Endereços da camada de rede. 
Usado para levar o datagrama 
de uma interface física a outra 
na mesma rede. 
Usados para levar o datagrama 
até a rede de destino. 
Portável Não portável 
Único para cada host 
(adaptador). 
O IP depende da rede em que o 
host esteja. 
 
� Analogia: 
 (a) endereço MAC: semelhante ao número do RG. 
 (b) endereço IP: semelhante a um endereço 
postal. 
� Endereçamento MAC é “flat” => portabilidade. 
� é possível mover uma placa de LAN de uma rede para 
outra sem reconfiguração de endereço MAC. 
� Endereçamento IP “hierárquico” => NÃO portável (End. 
Rede e End. host). 
� Depende da rede na qual se está ligado. 
 
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� Porque endereço IP e MAC: 
� Primeiro: 
� As LANs são projetadas para protocolos de camada de 
rede arbitrários ( não só IP => IPX, DECnet). 
� Se os adaptadores recebessem endereços IP e não 
endereços MAC, eles (adaptadores) não poderiam 
suportar outros protocolos de camada de rede (protocolos 
tem sua particularidade de funcionamento) 
� Segundo: 
� Se os adaptadores usassem endereços de camada de rede, 
em vez de endereços de LAN, o endereço de camada de 
rede teria de ser armazenado em RAM e não na ROM do 
adptador para poder ser reconfigurado, caso o host 
mudasse de rede (local). 
1.2-Encapsulamento versus Roteamento 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
223.1.1.1 
223.1.1.2 
223.1.1.3 
223.1.1.4 223.1.2.9 
223.1.2.2 
223.1.2.1 
223.1.3.2 223.1.3.1 
223.1.3.27 
A 
B 
E 
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• Começando em A, dado que o datagrama está endereçado 
para B (endereço IP): 
� procure rede.endereço de B, encontre B em alguma rede, 
no caso igual à rede de A; 
� camada de enlace envia datagrama para B dentro de um 
quadro da camada de enlace; 
 
 
 
 
 
 
 
1.4-ARP: Address Resolution Protocol 
(Protocolo de Resolução de Endereços) 
• Questão: como determinar o endereço MAC de B 
dado o endereço IP de B? 
• Dentro de uma LAN 
 
 
 
 
 
 
 
endereço 
MAC 
pacotes 
end. MAC 
de A 
end. IP 
de A 
end. IP 
de B 
dados IP 
datagrama 
quadro 
endereço de origem 
e destino do quadro 
endereço de origem 
e destino do pacote 
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� O protocolo ARP converte um endereço IP para um endereço 
de LAN(MAC). 
� O ARP somente converte endereços IP para nós na mesma 
LAN (mesma rede). 
� O módulo ARP em cada nó tem uma tabela em sua RAM 
chamada tabela ARP. 
� Tabela ARP: mapeamento de endereços IP/MAC. 
� Para cada mapeamento de endereço, a tabela também 
contém um registro de tempo de vida TTL. 
� TTL (Time To Live): tempo depois do qual o 
mapeamento de endereços será esquecido (tipicamente 
20 min). 
� Funcionamento do ARP: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
� A conhece o endereço IP de B e quer aprender o endereço 
físico de B. 
A 
B 
 
E 
 6 
� A envia em broadcast (pacote especial denominado ARP 
Query) um pacote ARP de consulta contendo o endereço IP 
de B. 
� todas as máquinas na LAN recebem a consulta ARP. 
� B recebe o pacote ARP, responde a A com o seu endereço de 
camada física 
� A armazena os pares de endereço IP-físico até que a 
informação se torne obsoleta (esgota a temporização) 
� soft state: informação que desaparece com o tempo se 
não for re-atualizada 
� Para fora da LAN (Roteamento para outra LAN): 
 
 
 
 
 
 
caminho: roteamento de A para B via R(router) 
� Na tabela de roteamento no Host origem, encontra a interface 
111.111.111.110 do roteador. 
� A usa a tabela ARP para obter o endereço físico de R 
correspondente ao endereço IP 111.111.111.110 
� Se o endereço físico do IP 111.111.111.110 não estiver na 
tabela ARP: 
A 
A 
 7 
�A envia em broadcast (pacote especial denominado ARP 
Query) um pacote ARP de consulta contendo o endereço IP 
da interface de R (111.111.111.110); 
� todas as máquinas na LAN recebem a consulta ARP; 
� A interface de R recebe o pacote ARP, responde a 
A com o seu endereço de camada física 
� Se o endereço físico do IP 111.111.111.110 estiver na tabela 
ARP: 
� Na tabela de ARP na origem, é encontrado o endereço 
MAC E6-E9-00-17-BB-4B (interface do roteador) 
� A cria o datagrama IP com origem A, destino B (Ip destino 
alcançado através DNS) 
� A cria um quadro Ethernet com o endereço físico de R como 
destino, o quadro Ethernet contém o datagrama IP de A para 
B 
� A camada de enlace de A envia o quadro Ethernet 
� A camada de enlace de R recebe o quadro Ethernet 
� R remove o datagrama IP do quadro Ethernet, verifica e lê 
que o destino é B 
� R determina a interface por onde enviar o datagrama 
consultando sua tabela de roteamento; 
� A tabela de roteamento indica que a 
interface(222.222.222.220) do roteador repassará o 
datagrama; 
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� Essa interface passa o datagrama para seu adaptador que o 
encapsula e envia o quadro para a LAN 2; 
� R (222.222.222.220) usa ARP para obter o endereço físico de 
B (mesmo processo do ARP em A caso o endereço físico 
(MAC) não esteja na tabela ARP) 
� R cria quadro contendo um datagrama de A para B e envia 
para B 
1.4-Ethernet 
Tecnologia de rede local “dominante” : 
� barato R$30 por 100Mbs! 
� primeira tecnologia de LAN largamente usada. 
� Mais simples, e mais barata que LANs como token e ATM. 
� Velocidade crescente: 10, 100, 1000 Mbps e 10Gbps 
 
 
 
 
 
 
Esboço da Ethernet por Bob Metcalf 
 
1.4.1-Estrutura do Quadro Ethernet 
 
 
 
 
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Preâmbulo: 
� 8 bytes => 7 bytes com padrão 10101010 seguido por um 
byte com padrão 10101011. 
� Os primeiros 7 (sete) bytes são usados para “despertar” os 
adaptadores receptores e sincronizar o relógio deles com o 
relógio do transmissor (remetente). 
� Endereços de destino e fonte (6 bytes): contém 
respectivamente o endereço de LAN (MAC) de destino e 
fonte. 
� Tipo: indica o protocolo da camada superior, geralmente é o 
protocolo IP, mas outros podem ser suportados tais como 
Novell IPX e AppleTalk) 
� CRC (verificação de redundância ciclica): permiti que o 
adaptador receptor, detecte se algum erro foi introduzido no 
quadro durante a transmissão. 
� Campo de dados (46 a 1500 bytes): 
� Esse campo carrega o datagrama IP. 
� A unidade máxima de transferência (MTU) da Ethernet é 
1500 Bytes. Se o datagrama exceder 1500 bytes, será 
fragmentado. 
� Abaixo de 46 bytes o datagrama recebe um “enchimento” 
com qualquer informação até completar 46 bytes. 
� Outras características da Ethernet: 
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� O adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou 
outro protocolo como o IPX) num quadro Ethernet e envia 
pela camada física; 
� O adaptador do receptor recebe o quadro da camada física, 
extrai o datagrama IP e o passa para a camada de rede; 
� Quando um quadro não passa na verificação de CRC, o 
adaptador destinatário simplesmente o descarta e não avisa ao 
adaptador transmissor. Para não haver lacunas na informação 
a camada de transporte através do protocolo TCP(orientado a 
conexão) entra em ação para essa correção solicitando 
retransmissão. Caso seja usado UDP (não orientado a 
conexão), normalmente é previsto na aplicação uma rotina 
(algoritmo) que faça a função do TCP. 
1.4.2 – CSMA/CD: O protocolo de Acesso múltiplo da Ethernet 
� Mecanismo de funcionamento do CSMA/CD: 
1- Um adaptador pode começar a transmitir a qualquer 
tempo, ou seja, não são usados compartimentos. 
2- Um adaptador nunca transmite um quadro quando 
percebe que algum outro adaptador está transmitindo 
(detecção de portadora) 
3- Um adaptador que está transmitindo aborta sua 
transmissão logo que percebe que outro adaptador também 
está transmitindo, ou seja, usa detecção de colisão. 
Após parar de transmitir envia um sinal de reforço de 
colisão de 48 bits. 
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Esse sinal serve para garantir que todos os outros 
adaptadores que estejam transmitindo fiquem cientes da 
colisão. 
4- Antes de tentar uma retransmissão, um adaptador espera 
um período de tempo aleatório. 
1.4.3 – Eficiência da Ethernet 
� Fração de tempo durante o qual os quadros estão sendo 
transmitidos no canal, sem colisões, quando há um grande número 
de nós ativos. 
• Levando em consideração vários nós transmitindo: 
• Eficiência = 1 / (1+ (5tprop/ttrans)) 
• Onde: 
• tprop => tempo máximo para que a energia de sinal se 
propague entre dois adaptadores quaisquer. 
• ttrans => tempo que leva para transmitir um quadro Ethernet 
de tamanho máximo, no meio. 
1.4.4 - Tecnologias Ethernet 
� 10BASET E 100BASET 
� taxa de 10/100 Mbps(chamado mais tarde de “fast ethernet”) 
� T significa “Twisted Pair” (par trançado) 
� Utiliza CSMA/CD para canais broadcast compartilhados; 
� Para 10 Mbps, usa o padrão 802.3 (só par trançado) 
� Para 100 Mbps, usa o padrão 802.3 ou 802.3u (fibra ótica) 
� Mesmo formato padrão do quadro Ethernet; 
 
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� Gigabit Ethernet 
� Compatível com as tecnologias 10BASET e 100BASET ; 
� Usa o padrão IEEE 802.3z => mesmo formato padrão do 
quadro Ethernet; 
� Utiliza CSMA/CD para canais broadcast compartilhados; 
� Pode usar cabo par trançado categoria 5e ou fibra ótica 
� Usa os quatro pares com 250 Mbps cada par 
� 10-Gigabit Ethernet ou 10GbaseX 
� Usa o padrão IEEE 802.ae => mesmo formato padrão do 
quadro Ethernet. 
� Exclui-se o algoritmo CSMA/CD do subnível MAC, uma vez 
que ela opera apenas ponto a ponto. 
� Seu modo de transmissão é somente Full-Duplex 
� O cabeamento é somente de fibra óptica – multimodo e 
monomodo. 
� Uma desvantagem da rede 10 Gigabit Ethernet é que ela pode 
ser somente ponto-a-ponto, o que significa que ela não possui 
tecnologia cliente/servidor, então ela tem usos bastante 
específicos, como em backbones. 
 
 
 
 
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Quadro comparativo das Tecnologias 
 10 Mbps 100 Mbps 1000 Mbps 
(1 Gbps) 
10 Gbps 
Nomenclatura 10BASET 100BASET 1000BASET 10GBaseX 
Usa CSMA/CD sim sim sim Não 
Meio de 
transmissão 
Par trançado Par 
trançado/ 
fibra 
Par trançado/ 
fibra 
Somente 
fibra 
Tecnologia 
Ponto-a-ponto 
sim sim sim sim 
Tecnologia 
Multiponto 
sim sim sim Não 
Padrão IEEE IEEE802.3 IEEE802.3 
(par 
trancado) 
IEEE802.3u 
(fibra ótica) 
IEEE 802.3z IEEE 
802.ae 
Modo de 
transmissão 
Half-duplex Half-duplex Half-duplex Full-
duplex 
Uso em 
backbone 
Não Não sim sim