Arquitetura de Redes de Computadores - Aula 6

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Arquitetura de Redes
(Infraestrutura de Redes)
Aula 6 - O padrão Ethernet
INTRODUÇÃO
Nas aulas anteriores, estudamos as principais técnicas usadas por dispositivos de camada de enlace no intuito de
contornar os obstáculos que existem no caminho para o objetivo desses dispositivos, que é entregar quadros entre
dois dispositivos vizinhos.
Entretanto, ainda não realizamos uma abordagem mais prática, que seria estudar um padrão de camada de enlace
amplamente usado no mercado e observar quais são as técnicas escolhidas por esse padrão.
Nesta aula, abordaremos o padrão Ethernet (IEEE 802.3), que constitui a mais amplamente usada tecnologia de
camada de enlace no mundo. Em especí�co, veremos quais das técnicas estudadas em aulas anteriores o Ethernet usa
para lidar com os obstáculos típicos da camada de enlace (endereçamento, enquadramento, controle de acesso ao
meio, detecção de erros etc.).
OBJETIVOS
Reconhecer o Ethernet (IEEE 802.3);
Observar o formato do quadro Ethernet;
Analisar as variações do padrão Ethernet (IEEE 803.2).
O ETHERNET (IEEE 802.3)
O Padrão Ethernet se tornou praticamente sinônimo de LANs cabeadas no mercado.
Na década de 1980 e início da década de 1990, ele enfrentou muitos desafios de outras tecnologias LAN,
incluindo token-ring, FDDI e ATM.
Algumas dessas outras tecnologias conseguiram conquistar uma parte do mercado de LANs durante alguns anos.
Mas, desde sua invenção, em meados da década de 1970, o Ethernet continuou a se desenvolver e crescer,
e conservou sua posição dominante no mercado.
Hoje, é a tecnologia preponderante de LAN com fio e deve continuar assim no futuro previsível.
Podemos dizer que a Ethernet está sendo para a rede local o que a Internet tem sido para a rede global.
Há muitas razões para o sucesso da Ethernet:
A seguir, veremos a evolução das topologias de rede.
1970 - 1990
A LAN Ethernet original foi inventada em meados da década de 1970 por Bob Metcalfe e David Boggs, e usava um
barramento de cabo coaxial para interconectar os nós.
Ideia original do padrão Ethernet: Topologia em barramento usando cabo coaxial
1990
No fim da década de 1990, a maioria das empresas e universidades já tinha substituído suas LANs por instalações
Ethernet usando topologia de estrela baseada em um hub (repetidor).
Ethernet em topologia estrela usando HUB – quando um transmite, todos escutam
Nessas instalações, os hospedeiros (e roteadores) estão diretamente conectados a um HUB com um cabo de pares
trançados de cobre. Um HUB é um dispositivo de camada física que atua sobre bits individuais e não sobre quadros.
HUBs não compreendem, pois, endereços MAC nem endereços IP, nem qualquer outra informação constante nos
cabeçalhos das camadas de enlace, de rede e de transporte.
Quando um bit representando 0 ou 1 chega de uma interface, o hub apenas recria o bit (glossário), aumenta a energia e
o transmite para todas as outras interfaces. Sendo assim, Ethernet com uma topologia de estrela baseada em um hub
também é uma LAN de difusão.
2000
No começo dos anos 2000, o Ethernet passou por outra grande mudança evolucionária. As instalações Ethernet
continuaram a usar a topologia de estrela, mas o hub no núcleo foi substituído por um comutador (switch).
Um switch é um dispositivo mais elaborado que os hubs, pois não é apenas “sem colisões”, mas também um autêntico
comutador do tipo store-and-forward (armazena-e-reenvia).
Mas, diferente dos roteadores que operam até a camada de rede, um switch opera até a camada de enlace, ou seja, os
switches compreendem endereços MAC e conseguem operar de maneira mais inteligente devido a isso.
Ethernet em topologia estrela usando Switch – quando um transmite, apenas o nó destino escuta
FORMATO DO QUADRO ETHERNET
Suponha um exemplo onde o envio de um datagrama IP de um hospedeiro (A) com MAC AA-AA-AA-AA-AA-AA a outro
host (B) cujo MAC é BB-BB-BB-BB-BB-BB. Ambos estão na mesma LAN Ethernet.
Sabemos que o adaptador remetente encapsula o datagrama IP dentro de um quadro Ethernet que é passado à
camada física. O adaptador receptor recebe o quadro da camada física, veri�ca se o endereço MAC de destino do
quadro é igual ao endereço MAC do adaptador. Em caso positivo, o receptor extrai o datagrama IP de dentro do quadro
e o passa para a camada de rede.
Vamos, então, examinar em detalhes o formato padrão do quadro Ethernet trocado entre os hosts: A e B:
VARIAÇÕES DO PADRÃO ETHERNET IEEE 802.3
Em nossa discussão anterior, referimo-nos à Ethernet como se fosse um único padrão. Na prática, ela aparece em
diferentes versões, com acrônimos um pouco confusos como 10BASE-T 10BASE-2 100BASE-T 1000BASE-LX e
10GBASE-T.
Essas e muitas outras tecnologias Ethernet foram padronizadas através dos anos pelos grupos de trabalho IEEE 802.3.
Apesar de esses acrônimos parecerem confusos, existe uma ordem em sua estrutura.
A primeira parte do acrônimo se refere à taxa de transmissão de dados por segundo do padrão:
BASE
O termo “BASE” se refere à banda-base, significando que a mídia física só suporta o tráfego da Ethernet (quase todos
os padrões 802.3 são para banda-base).
PARTE FINAL
A parte final do acrônimo se refere à mídia física em si. O padrão Ethernet, portanto, de�ne uma camada de enlace e
uma camada física que inclui um cabo coaxial, pares trançados de cobre ou fibra ótica.
Em geral, um “ T” se refere a um cabo de par trançado de fios de cobre. Historicamente, uma Ethernet era, de início,
concebida como um segmento de um cabo coaxial.
Os primeiros padrões 10BASE-2 e 10BASE-5 especificavam a Ethernet a 10 Mbits/s sobre dois tipos de cabos coaxiais,
cada um limitado a um comprimento de 500 m.
Extensões mais longas podiam ser obtidas usando um repetidor, que consiste em um dispositivo que regenera o sinal
para mitigar os efeitos da atenuação. Um cabo coaxial, como na �gura abaixo, corresponde bem à visão da Ethernet
como um meio de difusão.
Uma rede Ethernet é historicamente vista como uma rede de difusão
O padrão Ethernet passou por uma série de etapas de evolução ao longo dos anos, e o padrão atual é muito diferente
do projeto original da topologia de barramento que usava cabos coaxiais.
Na maioria das implementações de LANs Ethernet de hoje, os nós são conectados a um switch via segmentos ponto a
ponto feitos de cabos de pares trançados de fios de cobre ou cabos de fibra ótica como demonstrado a seguir.
Ethernet comutada se tornou popular nos anos 2000
No meio da década de 1990, a Ethernet foi padronizada em 100 Mbits/s, dez vezes mais rápida do que a de 10 Mbits/s
original. O formato de quadro e o protocolo Ethernet MAC original foram preservados, mas camadas físicas de alta
velocidade foram definidas para fios de cobre (100BASE-T) e fibra (100BASE-FX, 100BASE-SX, 100BASE-BX).
A tabela abaixo mostra esses diferentes padrões de Tecnologias Ethernet que foram surgindo ao longo dos anos,
ilustrando a evolução do padrão Ethernet.
Principais exemplos de Tecnologias Ethernet
A Ethernet de 100 Mpbs é limitada a 100 metros de distância por um cabo de par trançado e vários quilômetros por
fibra, o que permite a conexão de comutadores Ethernet em diferentes prédios.
O Gigabit Ethernet é uma extensão muito bem-sucedida dos padrões 10 Mbits/s e 100 Mbits/s. Suportando velocidade
teórica de 1.000 Mbits/s, mantém total compatibilidade com a imensa base instalada de tecnologias Ethernet.
O padrão para a Gigabit Ethernet, formalmente conhecido como IEEE 802.3z, faz o seguinte:
Operando através de fibra ótica, o Gigabit Ethernet está disponível para ser instalado por meio de cabeamento UTP
categoria 5e ou categoria 6.
A Ethernet a 10 Gbits/s (10GBASE-T) foi padronizada em 2007 oferecendo uma capacidade de LAN Ethernet ainda
mais alta, conforme mostrado na tabela anterior.
ATIVIDADES
Vamos concluir nossa discussão sobre a tecnologia Ethernet considerando duas questões.
Na época da topologia de barramento e da topologia de estrela baseada em hub, o Ethernet era, evidentemente, um
enlace de difusão, em que colisões de quadro ocorriamquando os nós transmitiam ao mesmo tempo. Para lidar com
essas colisões, o padrão Ethernet incluiu o protocolo CSMA/CD, que é de particular eficácia para transmissões de LAN
abrangendo uma pequena região geográfica.
Mas se o uso atual prevalente da Ethernet é baseado em comutadores (switches) com a topologia estrela, onde cada
host está em um segmento de rede separado, você diria que existe mesmo a necessidade de se usar um protocolo
Ethernet MAC? Por que?
Resposta Correta
Na Como vimos, a Ethernet atual é muito diferente da original, concebida há mais de 30 anos. As velocidades foram
multiplicadas por mil, os quadros Ethernet são transportados por uma variedade de mídias, as Ethernets comutadas se
tornaram dominantes, e até mesmo o protocolo MAC é, muitas vezes, desnecessário. Será que tudo isso realmente
ainda é Ethernet?
Resposta Correta
Glossário
HUB APENAS RECRIA O BIT
Em resumo, sempre que um hub recebe um bit de uma de suas interfaces, ele envia uma cópia para todas as outras interfaces.
Quando um hub recebe quadros de duas diferentes interfaces ao mesmo tempo, ocorre uma colisão, e os nós que criaram os
quadros precisam retransmiti-los.