Redes Ethernet

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Redes de Computadores 1 
— Redes Ethernet 
 
Prof. Helcio Wagner da Silva 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS 
CURSO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO 
De cara, uma diferença... 
A C B 
D E 
A C B 
D E F F 
Hub 
src 
dst dst 
src 
A C B 
D E F 
Switch 
dst 
src 
Ethernet 
operando 
via broadcast 
Ethernet 
Comutada 
Formato do Quadro (1/3) 
Endereço do 
Destinatário 
Endereço do 
Remetente 
Tamanho 
Total 
Dados 
(+ preenchimento eventual) 
CRC 
IEEE 802.3, 1983 
6 6 2 46 a 1500 4 Bytes 
Endereço do 
Destinatário 
Endereço do 
Remetente 
Tipo 
Dados 
(+ preenchimento eventual) 
CRC 
DIX (Dec, Intel e Xerox), 1978 
6 6 2 46 a 1500 4 Bytes 
0x0800 (IP), 0x0806 (ARP), etc 
Subcamada LLC (Logical Link Control) define 
o que está contido no payload do quadro 
Formato do Quadro (2/3) 
• Endereços têm 6 octetos, expressos em notação 
hexadecimal 
– Exemplo: 49-BD-D2-C7-56-2A 
• São permanentes e (de fato) globalmente 
exclusivos 
– Três octetos iniciais são atribuídos pelo IEEE para os 
fabricantes 
• Cada fabricante possui um bloco de 224 endereços 
• Broadcast em um segmento 
– Endereço especial: FF-FF-FF-FF-FF-FF 
Formato do Quadro (3/3) 
• Tamanho máximo do campo de dados (payload) do 
quadro (MTU) é de 1500 B 
– Explicação: em 1978, a memória usada no armazenamento 
de quadros era muito cara (critério histórico) 
• Tamanho mínimo do quadro é de 64 B 
– Explicação: para que (no pior caso) uma máquina detecte 
que o quadro que ela está transmitindo colide com outro 
• CRC permite a detecção de erros no receptor 
– Não há retransmissão de quadros defeituosos 
Acesso ao Meio de Transmissão 
• CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with 
Collision Detection) 
– Adotado em Ethernet operando via broadcast 
A C 
1. A quer enviar um quadro para C e detecta 
 que o meio de transmissão está livre 
B 
A C 
2. A transmite o quadro para C 
B 
Colisão – Definição 
A C 
1. A quer enviar um quadro para C e detecta 
que o meio de transmissão está livre 
B 
A C 
2. Quadros de A e B colidem entre si 
 e ninguém recebe nada útil 
B 
1. B também quer enviar um quadro para C e 
detecta que o meio de transmissão está livre 
Colisão – Tratamento (1/2) 
• Após a colisão, o tempo é dividido em slots discretos, 
cujo tamanho é igual ao pior tempo de propagação 
de ida e volta (51,2 μs) 
• Depois da 1ª colisão, cada estação espera 0 ou 1 slot 
antes de tentar novamente 
– Se duas estações escolherem o mesmo número aleatório, 
seus quadros colidirão novamente 
• Depois da 2ª colisão, cada uma seleciona ao acaso 0, 
1, 2 ou 3 slots e aguarda durante esse tempo 
Algoritmo de Recuo Binário Exponencial 
Colisão – Tratamento (2/2) 
• Se ocorrer uma 3ª colisão, a quantidade de slots que 
as estações terão que aguardar será escolhido ao 
acaso no intervalo de 0 a 23 − 1 slots 
– Em geral, após i colisões, é escolhido um número aleatório 
entre 0 e 2i − 1 slots 
• Entretanto, após alcançadas dez colisões, o intervalo 
de randomização será congelado em 1023 slots 
• Após 16 colisões, as tentativas de transmissão são 
definitivamente abortadas 
Entendendo o Tamanho Mínimo 
A B A B 
A B A B 
1. A detecta meio livre e inicia 
a transmissão de seu quadro 
2. B também detecta meio livre 
e inicia sua transmissão 
3. B detecta a colisão, trunca seu quadro e 
envia um sinal de reforço de colisão (48 bits) 4. A finalmente detecta a colisão 
Tabela de Comutação 
• Como um switch monta sua tabela de comutação? 
– Alguém (humano) monta pra ele? Não! 
– Há um protocolo nos moldes daqueles vistos para o roteamento 
dinâmico? Também não! 
switch 
A 
C 
B 
D 62-FE-F7-11-89-A3 
7C-BA-B2-B4-91-10 
01-12-23-34-45-56 
D2-82-F1-67-8A-11 
Endereço Porta Horário 
62-FE-F7-11-89-A3 1 9h32 
7C-BA-B2-B4-91-10 2 9h36 
01-12-23-34-45-56 3 9h40 
D2-82-F1-67-8A-11 4 9h42 
1 
2 
3 
4 
Aprendizagem Automática (1/2) 
• Endereço de A é armazenado na Tabela, bem como a porta 
pela qual o quadro foi recebido 
– Quadro é difundido pelas demais interfaces do switch, apesar de ser 
endereçado a B 
– Horário também é adicionado à tabela 
switch 
A 
C 
B 
D 62-FE-F7-11-89-A3 
7C-BA-B2-B4-91-10 
01-12-23-34-45-56 
D2-82-F1-67-8A-11 
Endereço Porta Horário 
... ... ... 
62-FE-F7-11-89-A3 1 9h32 
1 
2 
3 
4 
9h32 
Aprendizagem Automática (2/2) 
• Tabela é consultada com base no Endereço do Destinatário 
– Quadro é encaminhado apenas pela interface adequada 
– Entrada é removida quando não há nenhum quadro destinado a A 
durante certo tempo, a partir do horário de inserção 
– Tabela não cresce indefinidamente devido a alterações na rede 
switch 
A 
C 
B 
D 62-FE-F7-11-89-A3 
7C-BA-B2-B4-91-10 
01-12-23-34-45-56 
D2-82-F1-67-8A-11 
Endereço Porta Horário 
... ... ... 
62-FE-F7-11-89-A3 1 9h32 
1 
2 
3 
4 
switch 
A1 
C 
B 
D 
62-FE-F7-11-89-A3 
7C-BA-B2-B4-91-10 
01-12-23-34-45-56 
D2-82-F1-67-8A-11 
Endereço Porta Horário 
... ... ... 
62-FE-F7-11-89-A3 1 9h32 
1 
2 
3 
4 
Exemplo de Descarte (1/2) 
hub 
A2 
A3 
DD-35-08-AB-CD-EF 
BB-00-08-D4-99-AE 
9h32 
switch 
A1 
C 
B 
D 
62-FE-F7-11-89-A3 
7C-BA-B2-B4-91-10 
01-12-23-34-45-56 
D2-82-F1-67-8A-11 
Endereço Porta Horário 
... ... ... 
62-FE-F7-11-89-A3 1 9h32 
1 
2 
3 
4 
Exemplo de Descarte (2/2) 
hub 
A2 
A3 
DD-35-08-AB-CD-EF 
BB-00-08-D4-99-AE 
Switch descarta quadros recebidos por 
uma porta quando o destinatário está 
conectado fisicamente a ela – não diga... 
Switches ou Roteadores? 
Switches 
• São plug-and-play  
– Não precisam de nenhuma 
humana para funcionarem 
• Operam a velocidades 
relativamente altas  
– Comutação no nível 2 
• Não filtram tráfego 
broadcast  
– Tráfego DHCP/ARP e Tabelas 
ARP potencialmente grandes 
– Topologia restrita a Árvores 
Roteadores 
• Não são plug-and-play  
– Rotas inseridas estaticamente 
ou com protocolos específicos 
• Operam a velocidades 
relativamente baixas  
– Comutação no nível 3 
• Filtram tráfego broadcast  
– Possibilidade de topologias 
cíclicas sofisticadas 
 
Uso Inadequado de Switches 
– um Grande Inconveniente 
X 
X 
X X X X 
src 
Uso Inadequado de Switches 
- O Armageddon 
X 
X 
X X X X 
src 
Uma Boa Combinação entre 
Switches & Roteadores 
X 
X X 
src 
X 
X X 
VLAN (Virtual LAN) 
• Diversas LANs presentes em um único switch 
 
 
 
 
 
 
 
 
– Portas são divididas em grupo pelo administrador 
– Cada grupo constitui uma VLAN 
– Cada VLAN forma um domínio de broadcast 
– Comunicação entre VLANs feita internamente (switch L3) 
1 3 
2 4 
5 7 
6 8 
9 11 
10 12 
13 15 
14 16 
Entroncamento: formando VLANs que 
se espalham por vários switches 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Como um switch sabe que um quadro que chega a uma porta 
tronco pertence a determinada VLAN??? 
1 3 
2 4 
5 7 
6 8 
9 11 
10 12 
13 15 
14 16 
1 3 
2 4 
5 7 
6 8 
Cabo 
Tronco 
Padrão 802.1Q 
• Etiquetas são adicionadas na porta de tronco pela qual o quadro é 
enviado, e retiradas na porta de tronco pela qual o quadro é recebido 
Endereço do 
Destinatário 
Endereço do 
Remetente 
Etiqueta 
(Tag) 
Tamanho CRC 
TPID 
(0x8100) 
16 
Prioridade 
3 
CFI 
1 
Identificador 
da VLAN 
12 bitsEndereço do 
Destinatário 
Endereço do 
Remetente 
Tamanho 
Dados 
(+ preenchimento eventual) 
CRC 
Quadro 802.3 
Quadro 802.1Q 
6 6 2 46 a 1500 4 Bytes 
Dados 
(+ preenchimento eventual) 
46 a 1500 6 6 2 2 4 Bytes 
Evolução das Tecnologias Ethernet 
• Ethernet Clássica (IEEE 802.3) 
– 10 Mbps, half-duplex 
– Distância máxima de 2,5 Km 
• Fast Ethernet (IEEE 802.3u) 
– 100 Mbps, full-duplex 
– Distância máxima reduzida para 250 m 
• Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) 
– 1 Gbps, full-duplex 
– Distância máxima de 250 m e tamanho mínimo de 512 B 
• Extensão de portadora: inserção/remoção de Bytes de preenchimento 
• Rajada de quadros: envio de vários quadros numa mesma transmissão