Fundamentos da Ethernet

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Fundamentos de 
Redes de Computadores
Sidney Nicolau Venturi Filho
Aula 3
Histórico do padrão Ethernet
A Ethernet foi primeira LAN do mundo, sua  versão original foi criada por. Robert Metcalfe e seus colegas da Xerox há mais de 30 anos.
O primeiro padrão Ethernet foi publicado em 1980 por um consórcio da Digital Equipment Corporation, Intel e Xerox (DIX), como  Metcalfe queria que a Ethernet fosse um padrão compartilhado com o qual todos pudessem se beneficiar ela foi lançada como um padrão aberto. 
Os primeiros produtos desenvolvidos no padrão Ethernet foram vendidos no início da década de 80. 
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Padrão Ethernet
A Ethernet na Camada 1 envolve sinais, fluxos de bits que trafegam no meio, componentes físicos que colocam sinais no meio e várias topologias. A camada 1 da Ethernet desempenha um papel essencial na comunicação que ocorre entre os dispositivos, mas tem limitações que são corrigidas na camada de enlace.
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Encapsulamento de Dados
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Encapsulamento de Dados
O Encapsulamento   de dados fornece três funções principais:
 Delimitação de quadros 
 Endereçamento
 Detecção de erros
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Controle de Acesso ao meio
A Ethernet controla a colocação e a remoção de quadros do meio, isso inclui o início da transmissão de quadros e a recuperação de falha na transmissão devido a colisões. 
A topologia lógica subjacente da Ethernet é um barramento multi-acesso. Isso significa que todos os nós (dispositivos) naquele segmento de rede compartilham o meio. Isso também significa que todos os nós naquele segmento recebem todos os quadros transmitidos por qualquer nó.
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Controle de Acesso ao meio
Como todos os nós recebem todos os quadros, cada nó precisa determinar se um quadro deve ser aceito e processado por tal nó. Isso exige um exame do endereçamento no quadro fornecido pelo endereço MAC.
 O método de controle de acesso ao meio para a Ethernet clássica é o Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD). 
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Endereçamento Na Camada De Enlace
Na camada de enlace, não é o nó (roteadores e computadores) que possuem um endereço de camada de enlace e sim o adaptador do nó (Placa deRede). 
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Endereços MAC
O endereço MAC tem 6 bytes de comprimento, expressos em notação hexadecimal, onde cada byte é expresso como um par de números hexadecimais. 
Não podem existir dois adaptadores com o mesmo endereço MAC. O IEEE gerencia este espaço físico de endereços MAC. 
Para empresa fabricar adaptadores basta comprar, por uma taxa nominal¸ uma parcela do espaço de endereços  que consiste em 224 endereços. 
Exemplo:
08 – 00 – 27 – 00 – 9C – 6E
Fabricante
Serial da Placa
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Tipos de Endereçamento
Broadcast: neste tipo de endereçamento o quadro é enviado para todos os nós do segmento de rede. Uma analogia seria uma pessoa falando em voz alto para todos os presentes ouvirem. O endereço MAC de broadcast é FF:FF:FF:FF:FF:FF
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Multicast: neste tipo de endereçamento o quadro é enviado para um grupo de nós do segmento de rede. Uma analogia seria os email enviado para um grupo
Tipos de Endereçamento
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Unicast: neste tipo de endereçamento o quadro é enviado para um nó específico. Seria o equivalente a você ligar para falar com uma pessoa ao telefone. 
Tipos de Endereçamento
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Vamos supor que o computador a direita deseja mandar um pacote para o servidor de impressão
Transmissão de dados na Camada de Enlace
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O pacote de dados descerá pelas várias camadas e ao atingir a camada 2 será colocado no quadro o endereço de origem (02608c036592) e o endereço do destinatário.(02608c428197).
02608c428197
02608c036592
Endereço de Destino
02608c428197
Informação de
Controle
Endereço de Origem
02608c036592
Transmissão de dados na Camada de Enlace
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02608c741965
02608c428197
02608c036592
Endereço de Destino
02608c428197
Endereço de Origem
02608c036592
O pacote é então transmitido segundo as normas da camada 1. 
Todo os computadores tem acesso ao pacote e ao recebe-lo verificam se o mesmo é endereçado a ele. 
Transmissão de dados na Camada de Enlace
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02608c428197
Endereço de Destino
02608c428197
Endereço de Origem
02608c036592
02608c428197
O pacote continua seu percurso no cabo e atinge o servidor de impressão 
A placa de rede do servidor compara seu endereço MAC com e o endereço do destinatário.(02608c428197).
 Como são iguais ela copia o pacote e inicia o processo de desencapsulamento. 
Transmissão de dados na Camada de Enlace
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02608c428197
O pacote então sobe pelas camadas do modelo OSI, sendo desencapsulado.
Ao atingir a camada de aplicação temos os dados recuperados e o servidor de impressão pode então encaminhar o documento para a impressora. 
Transmissão de dados na Camada de Enlace
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Colisão
 É um evento que ocorre nas redes, quando dois computadores, em um meio Half Duplex como o proporcionado pelo HUB, tentam enviar informações no mesmo instante. A colisão provada a destruição do pacote transmitido
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Colisão
 Em um meio Full Duplex, com em uma rede com um Switch a colisão não ocorre.
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Domínio de Colisão
  Os dispositivos conectados que acessam um meio físico compartilhado por meio de um hub ou uma série de hubs diretamente conectados compõem o que chamamos de domínio de colisão. 
O domínio de colisão também é conhecido como segmento de rede, sendo composto por todos os nós que são afetados por uma colisão. Os hubs e repetidores contribuem para o aumento do tamanho do domínio de colisão.
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CS (Carrier Sense)
Capacidade de identificar se está ocorrendo transmissão através da detecção de alguma portadora no canal.
MA (Multiple Access)
Capacidade de operar num canal com múltiplos nós 
O CSMA/CD não gera nenhum tipo de prioridade 
Pode ocorrer de duas placas tentarem transmitir dados ao mesmo tempo. 
Quando há uma colisão os frames no canal ficam inutilizados.
CD (Collision Detection)
É responsável por identificar colisões na rede.
CSMA/CD
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CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA: ouça antes de falar:
se perceber canal ocioso: transmite quadro inteiro se perceber canal ocupado, adia transmissão 
analogia humana: não interrompa os outros!
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A parte CSMA do método determina que, quando uma estação deseja transmitir uma mensagem, ela “escuta” o canal. Se ele estiver livre, ela poderá transmitir
se estiver ocupado; ela deverá esperar até que o meio esteja livre
CSMA/CD
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Antes de transmitir, a estação tenta perceber se já há um sinal sendo transmitido.
Se houver, aguarda o final da transmissão.
Tempo
T
1
T
2
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
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Esta regra diminui as colisões, mas não as impede, já que duas estações podem perceber o canal como livre ao mesmo tempo e realizarem a transmissão
o que provoca uma colisão
CSMA/CD
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Se duas estações realizarem o carrier sense simultaneamente...
Tempo
T
1
T
2
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
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Transmitirão ao mesmo tempo:
Os sinais serão misturados e nada compreensível será recebido.
Tempo
T
1
T
2
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
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Houve então uma colisão.
Tempo
T
1
T
2
Colisão
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
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Detectada a colisão, a estação espera por um tempo aleatório para tentar a retransmissão.
CSMA/CD
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As estações envolvidas na colisão aguardam um tempo aleatório antes de tentar novamente transmitir.
 
R1
Timeout 
Transmissor 1
Tempo
T
1
T
2
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
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Como os tempos serão diferentes, não haverá risco de nova colisão entre essas estações.
Tempo
R
2
R
2
Timeout 
Transmissor 2
T
1
T
2
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
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Estação Ativa
Transmite
Colisão?
Sim
Não
Sim
Não
Meio Livre?
Retardo Aleatório
 
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
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Colisões CSMA
colisões ainda podem ocorrer:
atraso de propagação significa que dois nós podem não ouvir a transmissão um do outro
colisão:
tempo de transmissão de pacote inteiro desperdiçado
layout espacial dos nós
nota:
papel da distância & atraso de propagação determinando probabilidade de colisão
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A parte CD do método estabelece que a detecção de colisão é realizada durante a transmissão. Ao transmitir, uma estação fica o tempo todo escutando o meio e, notando uma colisão, aborta a transmissão
CSMA/CD
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T
2
 
 
Tempo
T
1
T
3
Colisão
Por que transmitir todo o quadro se está havendo colisão ?
Melhor não fazê-lo.
CSMA\CD 
(Carrier Sense Multiple Access – Colision Detection)
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CSMA/CD: detecção de portadora, adiada como no CSMA
colisões detectadas dentro de pouco tempo
transmissões colidindo abortadas, reduzindo desperdício do canal
detecção de colisão: 
fácil em LANs com fio: mede intensidades de sinal, compara sinais transmitidos, recebidos
difícil nas LANs sem fio: intensidade do sinal recebido abafada pela intensidade da transmissão local
analogia humana: o interlocutor educado
 
CSMA\CD 
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CSMA\CD 
(Carrier Sense Multiple Access – Colision Detection)
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E
Aplicação
Transporte
Rede
Física
Modelo TCP/IP
Mensagem
Mensagem
Cabeçalho de transporte
Camadas
Cabeçalho de transporte
Encapsulamento
Segmento
Pacote
Quadro
Mensagem
Cabeçalho 
de 
rede
Cabeçalho 
de 
enlace
Cabeçalho 
de 
rede
Cabeçalho de transporte
Mensagem