Ethernet: Padrão 802.3 do IEEE

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ETHERNET. 
 
802.3 do IEEE - O padrão Ethernet. 
 
 O Institut of Electrical and Eletronic Engineers (IEEE), hoje atualmente 
ITU, é uma organização que estabelece padrões para diversas áreas técnicas. As 
questões como Energia Nuclear, Lasers e Aparelhos eletrônicos para consumo 
estão sujeitas à vigilância do IEEE. Esta extensa responsabilidade sobre padrões 
também inclui a comunicação inter-rede por computadores. O Projeto 802 do 
IEEE é responsável pela padronização da comunicação inter-rede para todos os 
métodos de acesso à rede. 
 Diversos grupos de trabalho se responsabilizam por diferentes métodos de 
acesso. Os grupos de trabalhos individuais são identificados por um sufixo 
numérico como .3, .4, .5, etc. Damos abaixo a lista dos atuais grupos de trabalho 
do Projeto 802. 
 
Grupo de Trabalho Descrição 
 
802.1 Bridges da Camada MAC e Gerenciamento de Bridges 
802.2 Controle de link lógico 
802.3 CSMA/CD (Ethernet) 
10base5 
10base2 
10baseT 
10broad36 
802.4 Token Bus 
802.5 Token Ring 
802.6 Metropolitan Area Networks (MAN) 
802.7 Broadband Local Area Network 
802.8 Fibra Ótica CSMA/CD 
802.9 Sistemas Integrados de Voz e Dados 
802.10 Padrão para Segurança Inter-Operável de LAN 
 
 
Ethernet - Um breve Histórico. 
 
• 1973 - A Xerox deu inicio ao desenvolvimento de uma rede local de topologia de 
barramento no Xerox Palo Alto Research Center (PARC). 
 
• 1976 - O protótipo do Ethernet sendo executado com sucesso no Xerox PARC. 
 
• 1980 - A versão 1.0 da Ethernet é introduzida pela Digital, Intel, Xerox. Uma 
norma de fato. comumente chamada de especificação “DIX”. 
 
 
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• A versão 2.0 da Ethernet foi introduzida pela DEC enquanto se aguardava que o 
comitê do projeto 802.3 do IEEE completasse o padrão 802.3. 
 
• 1983 - O conselho de padrões do IEEE aprovou o padrão 802.3 do IEEE para 
rede de topologia da barramento de 500 metros de banda-base de 10 megahertz 
(10base5) controlada por CSMA/CD, baseada no trabalho realizado pelas versões 
1.0 e 2.0 da Ethernet. 
 
• 1988 - O conselho de normas do IEEE aprovou o padrão 802.b para rede de 
topologia de barramento de 185 metros de banda-base de 10 megahertz para 
ethernet fina (10base2) 
 
• As atividades contínuas dos comitês do padrão 802.3 do IEEE incluem LAN de 
banda larga de CSMA/CD de baixo custo utilizando uma topologia de estrela e a 
definição de um modem de banda larga para Ethernet (10broad36). Esta norma 
define como a Ethernet se conecta aos sistemas de banda larga (CATV) 
comumente encontrados em ambientes de campus universitários. 
 
• O sub-comitê de 10baseT do padrão 802.3 criado em meados de 1987 aprovou 
a especificação do projeto para Ethernet de 10 megabits sobre o fio telefônico de 
par trançado não blindado em janeiro de 1990. A aprovação final por parte da 
Diretoria do IEEE foi obtida em setembro de 1990. 
 
 
A 802.3 do IEEE é a norma da Camada Física para uma rede de área local 
utilizando uma topologia de barramento com um método de acesso Carrier Sense, 
Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD). A 802.3 do IEEE fornece 
especificações para todos os componentes de uma rede local Ethernet e também 
regulamentos para a inter-conexão de componentes, números de conexões do 
barramento, número total de dispositivos de usuários e retardos de sinais 
permitidos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CODIFICAÇÃO DE SINAL ETHERNET. 
 
 As informações colocadas no cabo são constituídas de sinais binários 
chamados bits. Os bits são constituídos de dois níveis de voltagem geralmente 
chamados de “on” (ligado) e “off” (desligado) ou lógico “1” e lógico “0”. Em 
Ethernet, os valores de voltagem para os bits são 0 volt de CC (corrente contínua) 
para um lógico 1 e -1,2 volts de CC para um lógico 0. Os bits de ethernet são 
“margens ativadas”, significando que o nível lógico não é determinado pela 
detecção do nível da CC do sinal a um determinado momento, mas pela detcção 
da mudança de estado ou transição real do nível de voltagem da CC. 
 
 
 
 
 
 
 
 A Ethernet utiliza um método de codificação de bits denominado 
codificação Manchester. A codificação Manchester proporciona ao sinal digital um 
método de alinhamento, ou sincronização, garantindo que as transições aos níveis 
lógicos ocorram somente durante o centro do período do bit. 
 Os bits são normalmente referidos em grupos conhecidos como bytes ou 
octetos. Um byte ou octeto, é um grupo de oito bits e é normalmente representado 
no formato de dois caracteres hexadecimais (hex).Os valores hexa legais são de 0 
a 9 e de A a F. 
 
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Tabela de conversão 
 
 
Binário Hexa 
 
0000 0 
0001 1 
0010 2 
0011 3 
0100 4 
0101 5 
0110 6 
0111 7 
1000 8 
1001 9 
1010 A 
1011 B 
1100 C 
1101 D 
1110 E 
1111 F 
 
 
Pacotes Ethernet. 
 
 Um pacote é constituído de grupos de bits chamados bytes ou octetos. Um 
byte é formado de 8 bits representado por dois caracteres hexadecimais. Os 
pacotes contêm informações sobre endereçamento, sincronização, protocolo e 
correção de erros, bem como de dados. 
 
 
 
Destination Address - Endereço da estação ou estações para onde o pacote de 
dados será enviado. Possui um tamanho de 48 bits (6 bytes). 
 
Source Address - Indica o endereço da estação iniciando a transmissão. O 
endereço da fonte possui um comprimento de 48 bits (6 bytes). 
 
Type - Indica o protocolo e nível 3 ( tcp/ip, decnet, ipx) que está sendo 
transportado. 
 
 
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Data - Esse campo contém os dados atuais enviados pela rede juntamente com 
algumas informações de controle. Caso os dados que estejam sendo enviados 
possua menos que 46 bytes, é utilizado um padrão especial e bit chamado PAD 
para completar o mínimo de 46 bytes. 
 
Teste de Redundância Ciclica (CRC). Também conhecido como sequência de 
teste de frame (FCS), esse campo garante que os dados transmitidos ao serem 
recebidos, sejam os mesmos dados originalmente enviados. 
 
 
TAMANHO DO PACOTE. 
 
 
 A norma IEEE define um pacote de tamanho fixo mínimo e de tamanho fixo 
máximo. O tamanho fixo mínimo de pacote possui 64 bytes (12 bytes de 
endereços, 2 bytes de tipo, 46 bytes de dados e 4 bytes de CRC. O tamanho fixo 
máximo possui 1518 bytes ( a mesma informação de overhead para o pacote de 
tamanho mínimo, mas com um campo de dados de 1500 bytes). 
 O pacote de tamanho fixo mínimo foi determinado com a finalidade de 
fornecer o melhor tempo de resposta em redes altamente usadas, minimizando o 
tempo que uma estação deve deferir a outras transmissões. Esse tamanho fixo de 
pacote também representa um importante papel na detecção de colisões (mais de 
uma estação tentando transmitir ao mesmo tempo) e na determinação do 
tamanho máximo da rede. 
 Como veremos nos próximos tópicos, para se detectar uma colisão uma 
estação deve estar ainda transmitindo seus dados para perceber que foi envolvida 
na colisão e não apenas estar visualizando a colisão entre duas outras estações 
na rede. Sabemos que um pacote de tamanho fixo possui um comprimento de 64 
bytes, equivalente a 512 bits. Sabemos também que cada período de bit é de 0,1 
µµµµ segundo. Ao multiplicarmos 512 bits por 0,1 µµµµ segundo, obtém-se 51,2 µµµµ 
segundo para a transmissão de um pacote de tamanho fixo mínimo de 64 bytes. 
 Devido a inerentes retardos de propagação em eletrônica e wiring closet, 
seria normal que dentro de 25,6 µ segundo ( ½ de 51,2 µ segundo), o sinal 
transmitido chegasses ao ponto mais distante na rede. No caso de ocorrência de 
uma colisão no ponto mais distante na rede, o sinal de colisão Terá os 25,6 µ 
segundo remanescentes para voltar ao nó de transmissão, alertando, desta forma, 
o nó da necessidade de retransmissão. A janela de propagação de direção única 
de 25,6 µ segundo é também conhecidacomo domínio de colisão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 domínio de colisão. 
 
 
ETHERNET FRAME. 
 
 A fim de manter um pacote Ethernet diferente do próximo pacote, adiciona-
se overhead na forma de um período “quieto” compulsório ao final do pacote. Este 
período “quieto” é chamado de interframe gap e possui um comprimento de 9,6 
µ segundo. Utiliza-se intervalos entre frames basicamente para duas finalidades: 
 
� A primeira finalidade é garantir a existência de um período “quieto” 
específico entre pacotes a fim de permitir a identificação do próximo 
pacote; 
� A segunda finalidade, refere-se à compensação dos componentes 
eletrônicos da rede. 
 
 
 
 
 
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 A estação de transmissão também utiliza uma parte deste intervalo para 
efetuar um teste nos circuitos para detecção de colisão do transceiver. O sinal de 
teste de detecção de colisão é chamado de Erro de Qualidade de Sinal (SQE). 
 
ESQUEMAS DE ENDEREÇAMENTO ETHERNET. 
 
 Existem os seguintes tipos de esquemas de endereçamento usados em 
redes Ethernet. Cada tipo de endereçamento possui finalidades específicas. 
 
� Endereçamento Específico; 
� Endereçamento Broadcast. 
 
ENDEREÇAMENTO ESPECÍFICO. 
 
 O IEEE especifica que todos os dispositivos endereçáveis de rede deverão 
possuir um endereço de hardware único composto de 6 bytes de informação. O 
endereço é gravado em cada cartão do controlador de interface de rede durante a 
fabricação. A disponibilidade de endereços é rigorosamente controlado pelo IEEE. 
 O IEEE atribui a cada fabricante de hardware de rede um identificador de 
fabricante exclusivo e um bloco de números que o fabricante normalmente atribui 
sequencialmente a cada peça de hardware. A combinação do ID (identificação) do 
fabricante e o número sequencial forma o endereço Ethernet comum de 48 bits (6 
bytes). 
 Os 3 primeiros bytes do endereço contêm a identificação do fabricante e os 
3 últimos bytes contêm a numeração sequencial. O esquema de numeração é 
fornecido em formato hexadecimal (0-9 hexa e A-F hexa). 
 
 
 
 
 
O ID 00-00-1D do fabricante pertence à Cabletron Systems. 
 Quando um endereço específico Ethernet é usado como endereço de 
destino em um pacote, este pacote só poderá ser decodificado pela estação que 
possuir tal endereço. 
 
 
ENDEREÇO BROADCAST. 
 
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 Um endereço broadcast é um endereço destinado a ser ouvido por todas 
as estações na rede. Alguns protocolos executados nas estações de trabalho 
enviarão ocasionalmente mensagens de broadcast a servidores na rede com a 
finalidade de lhes informar que o nó está on line. 
 Um endereço broadcast contém todos os caracteres FF (hexa), tanto na 
identificação do fabricante como na área de número sequencial do endereço. 
 
 
 
 
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MÉTODO DE ACESSO DA ETHERNET (802.3). 
 
 Agora que já sabemos o que é um frame Ethernet, discutiremos como ele 
entra, de fato, no wiring closet da rede, também conhecido como acesso ao meio. 
 A Ethernet é tipicamente uma rede local de topologia de barramento. Ele 
utiliza um método de controle de acesso conhecido como Carrier Sense Multiple 
Access with Collision Detection, comumente abreviado como CSMA/CD. O acesso 
ao wiring closet da rede é controlado pela metade inferior da Camada de Enlace 
de Dados da OSI, devidamente chamada Medium Access Control (Controle de 
Acesso ao Meio) (MAC). 
 
 
 
 
 
 Analisaremos abaixo o processo de transmissão de pacotes a partir de 
duas perspectivas. A primeira será uma transmissão de pacote “limpa”, sem 
interrupção causada por colisão. A segunda será um pacote envolvido em uma 
colisão. Será útil referir-se a figura acima durante está análise. 
 
 
 
TRANSMISSÃO DE PACOTES “LIMPA”. 
 
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 Uma estação desejando fazer uma transmissão, ouvirá o canal de 
comunicação (o cabo) a fim de verificar se há alguma outra estação transmitindo 
(Sensor de portadora). Qualquer estação pode acessar a rede se ela não estiver 
ocupada (Acesso Múltiplo). Caso a portadora seja sentida, a estação de detecção 
aguardará um comprimento aleatório de tempo e em seguida tentará a 
transmissão. Caso nenhuma outra estação esteja transmitindo (portadora não 
detectada), a estação dará inicio à transmissão do pacote transmitindo o 
preâmbulo e eventualmente o pacote completo. 
 Cada estação deve monitorar continuamente os níveis de sinal do canal de 
comunicação, enquanto estiver inativa ou transmitindo. Esta monitoração 
constante tem o objetivo de verificar o status do cabo a fim de determinar se este 
está livre ou se está sendo usado por uma outra estação. À medida que a 
monitoração demonstrar que não há nenhuma outra estação transmitindo no 
cabo, a transmissão do pacote será iniciada e continuará até que seja 
completada. 
 Uma vez completada a transmissão do pacote, a estação de transmissão 
permanecerá em silêncio por 9,6 µ segundo a fim de permitir o necessário 
interframe gap. 
 Após completar o remanescente do interframe gap de 9,6 µ segundo, a 
estação é capaz de reiniciar o processo de transmissão escutando primeiro para 
ver se o cabo se encontra disponível. 
 
 
 
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PACOTE ENVOLVIDO EM UMA COLISÃO (Meios multi-ponto) 
 
Ao ser transmitido um pacote em um cabo coaxial, o sinal não aparece 
simultaneamente em todos os lugares. O sinal eletrônico leva um determinado 
tempo para ir de uma estação a outra na rede. Toda a forma de percurso do sinal 
permite a ele viajar a uma determinada velocidade. A velocidade máxima, 
normalmente chamada de velocidade de propagação, é somente uma 
percentagem da velocidade da luz. Cabos (tanto os de cobre como os de fibra 
ótica), transceivers e repetidores são itens que adicionam retardos a uma sinal 
Ethernet. Este tempo de retardo acumulado é chamado retardo de propagação. 
 Devido a retardos de propagação na rede, é possível que duas estações 
encontrem o canal de comunicação disponível (portadora não detectada), quando 
ambas as estações começarão a transmitir pacotes. Quando os dois sinais se 
encontrarem no cabo, ocorrerá uma colisão. Ambos os sinais se juntam e elevam 
o nível de voltagem no cabo entre -1,49v e -1,63v. 
 Para que uma estação perceba que foi envolvido em uma colisão, ela ainda 
deve estar transmitindo no momento em que o sinal da colisão chegar a estação. 
Este requisito não deve causar um problema, pois conforme vimos anteriormente, 
que o IEEE define que o comprimento mínimo do pacote deve ser suficientemente 
longo, de forma que quando for atingido o tempo de retardo de propagação de ida 
e volta do sinal, a estação de transmissão estará ainda transmitindo. 
 Detecta-se uma colisão em um meios multi-pontos pelos elevados níveis de 
sinal no barramento coaxial causados pela transmissão múltipla. Este tipo de 
detecção é chamado de Detecção de Colisão no Modo de Recepção. 
 Ao se detectar uma colisão, ambas as estações continuarão a transmitir o 
que se chama de sinal jam, por um tempo suficientemente longo na forma a 
garantir que a colisão seja detectada por todas as estações. O sinal jam contém 
32 bits de uns e zeros (1010101010). Em seguida, todas as estações envolvidas 
na colisão interromperão a transmissão, aguardarão um período aleatório de 
tempo, conhecido como período de back-off (1,2,4,8,...), a fim de garantir 
oportunidade igual de acesso ao barramento (Acesso Múltiplo) e em seguida, 
repetirão o processo de detecção de portadora e de transmissão. 
 Caso ocorra uma colisão na segunda tentativa de transmissão, os 
dispositivos irão novamente retroceder e aguardar por um período aleatório de 
tempo, conforme definido pelo algoritmo de back-off de exponencial binário. O 
retrocesso ocorrerá 16 vezes consecutivas antes que o erro seja enviado ao 
protocolode camada superior notificando o dispositivo da ocorrência de um grave 
problema de comunicação. 
 
 
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COLISÃO FORA DA JANELA. 
 
 Nas seções anteriores, discutimos as razões pelas quais o tamanho 
mínimo de pacote é de 64 bytes (51,2 µ segundo) em comprimento. A partir de 
qualquer estação na rede, um pacote transmitido tem 25,6 µ segundo (1/2 de 51,2 
µ segundo) para chegar ao final do domínio de colisão. Caso uma colisão viesse a 
ocorrer no ponto mais distante da estação de transmissão (25,6 µ segundo), 
considerando-se uma rede sem bridge de tamanho máximo, o sinal de colisão 
levaria mais 25,6 µ segundo para se propagar de volta à estação de transmissão 
utilizando assim um período total de 51,2 µ segundo de ida e volta. Caso a 
estação transmitisse apenas um pacote de tamanho mínimo, ocorrerá uma 
detecção apropriada de colisão. 
 Com base nas informações acima, é fácil observar que se uma estação for 
capaz de transmitir um período de 51,2 µ segundo (comprimento mínimo de 
pacote) sem detectar uma colisão, a estação deve ter “adquirido o canal de 
comunicação”. Seu sinal deve ser o único sinal presente na rede e todas as outras 
estações devem detectar a portadora e ouvir no sentido de determinar a duração 
do sinal. Caso uma colisão seja detectada após a estação ter transmitido o 
tamanho mínimo de pacote necessário e caso esteja ainda transmitindo, ocorrerá 
uma colisão fora da janela, ou seja, a estação transmitiu por um período de 51,2 µ 
segundo sem uma colisão mas detecta uma colisão após terem passado os 51,2 
µ segundo. Colisões ocorridas fora da janela indicam operação anormal da rede. 
Este tipo de colisão é normalmente causado pelo fato da rede ser 
demasiadamente longa onde o retardo de propagação da viagem de ida e volta é 
maior que 51,2 µ segundo ( o domínio de colisão é muito grande), ou por uma 
estação, em alguma parte da rede, violando o Detector de Portadora e 
transmitindo livremente, ou por um cabo ter falhado durante a transmissão do 
pacote em algum lugar da rede. 
 
 
 
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ETHERNET x MEIOS FÍSICOS. 
 
 
 
 
 
 
COMPRIMENTO MÁXIMO DE SEGMENTO ETHERNET. 
 
 
 
 
 
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REDE ETHERNET COM CABO COAXIAL FINO. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REDE ETHERNET COM PAR TRANÇADO . 
 
 
 
 
 
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CABO RJ-45. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 Pág. 17 
 
REDE ETHERNET COM FIBRA ÓTICA. 
 
 
 
 
 
 
REDE ETHERNET COM CABO COAXIAL GROSSO.