Fundamentos de Rede - Aula 3 Ethernet

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Fundamentos de Redes de Computadores / Aula 3: Ethernet
A Ethernet é composta de padrões das camadas inferiores, física e enlace. O formato básico de estrutura e esquema de endereço é o mesmo para todas as variedades da 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, e como seus criadores desejavam que a Ethernet fosse um padrão compartilhado com o qual todos pudessem se beneficiar, ela foi lançada como um padrão aberto, dando origem no início da década de 80 aos primeiros produtos comerciais. A Ethernet opera nas duas camadas inferiores do modelo OSI: a camada de Enlace de Dados e a camada Física. 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 topologia da rede pode ser estudada por meio de oito topologias básicas. 
Sãos elas: 
Ponto a ponto: Peer-to-peer (do inglês par-a-par ou simplesmente ponto-a-ponto, com sigla P2P) é uma arquitetura de redes de computadores onde cada um dos pontos ou nós da rede funciona tanto como cliente quanto como servidor, permitindo compartilhamentos de serviços e dados sem a necessidade de um servidor central. As redes P2P podem ser configuradas em casa, em empresas e ainda na Internet. Todos os pontos da rede devem usar programas compatíveis para ligar-se um ao outro. Uma rede peer-to-peer pode ser usada para compartilhar músicas, vídeos, imagens, dados, enfim qualquer coisa com formato digital.
Barramento Todos os computadores são ligados em um mesmo barramento físico de dados.[3][4] Apesar de os dados não passarem por dentro de cada um dos nós, apenas uma máquina pode “escrever” no barramento num dado momento. Todas as outras “escutam” e recolhem para si os dados destinados a elas. Quando um computador estiver a transmitir um sinal, toda a rede fica ocupada e se outro computador tentar enviar outro sinal ao mesmo tempo, ocorre uma colisão e é preciso reiniciar a transmissão. Essa topologia, normalmente, utiliza cabos coaxiais[5] .[4] Para cada barramento, existe um único cabo que vai de uma ponta a outra.
Anel Na topologia em anel, os dispositivos são conectados em série, formando um circuito fechado (anel).[3] Os dados são transmitidos unidirecionalmente de nó em nó até atingir o seu destino.[3] Uma mensagem enviada por uma estação passa por outras estações, através das retransmissões, até ser retirada pela estação destino ou pela estação fonte.[3] Os sinais sofrem menos distorção e atenuação no enlace entre as estações, pois há um repetidor em cada estação. Há um atraso de um ou mais bits em cada estação para processamento de dados. Há uma queda na confiabilidade para um grande número de estações. A cada estação inserida, há um aumento de retardo na rede.[4] É possível usar anéis múltiplos para aumentar a confiabilidade e o desempenho.
Estrela: Na topologia de rede designada por rede em estrela, toda a informação deve passar obrigatoriamente por uma estação central inteligente, que deve conectar cada estação da rede e distribuir o tráfego para que uma estação não receba, indevidamente, dados destinados às outras. É neste aspecto que esta topologia difere da topologia barramento: uma rede local que use um hub não é considerada como estrela, pois o tráfego que entra pela porta do hub é destinado a todas as outras portas. Porém, uma rede que usa switches, apenas os dados destinados àquele nó são enviados a ele. Portanto, ao se medir o desempenho por meio da resiliência, é possível obter, com uma topologia em estrela, melhor desempenho que aquele obtido com uma topologia em barramento. A topologia em estrela é caracterizada por um elemento central que "gerencia" o fluxo de dados da rede, estando diretamente conectado (ponto-a-ponto) a cada nó, daí surgiu a designação "Estrela". As informações trafegam na rede de um host para o outro. Toda informação enviada de um nó para outro é enviada primeiro ao dispositivo que fica no centro da estrela, portanto os dados não passam por todos os hosts. O concentrador encarrega-se de encaminhar o sinal especificamente para as estações solicitadas, economizando tempo.
 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 conforme descrito na tabela:
O processo de encapsulamento de dados inclui a montagem de quadros antes da transmissão e análise de quadros em seu recebimento. Ao realizarmos o enquadramento, podemos identificar os bits que compõem o quadro, através de delimitadores, o que favorece a sincronização entre os nós transmissores e receptores. Uma função adicional do encapsulamento de dados é a detecção de erros.
Para permitir a comunicação entre os computadores em uma rede, cada um precisa ser identificado de forma única. Assim, cada interface de rede de um computador tem um endereço físico, chamado de endereço Media Access Control (ou endereço MAC), que está gravado na placa de rede. O fabricante daplaca de rede atribui um endereço físico a cada uma delas. Esse endereço é gravado em um chip na placa de rede, portanto se a placa de rede fosse trocada em um computador, o endereço físico da estação mudaria para o novo endereço MAC. Os endereços MAC devem ser únicos, ou seja, não podem existir no mundo duas placas de redes com o mesmo endereço físico. Sem eles, teríamos um conjunto de computadores sem identificação na rede. Devemos entender que,para o funcionamento da rede,a identificação correta dos computadores é fundamental, e os endereços MAC dão aos nós um nome exclusivoe permanente (o número de endereços possíveis não vai se esgotar tão cedo, já que há mais de 2 trilhões de endereços MAC possíveis). Devemos entender que,para o funcionamento da rede,a identificação correta dos computadores é fundamental, e os endereços MAC dão aos nós um nome exclusivoe permanente (o número de endereços possíveis não vai se esgotar tão cedo, já que há mais de 2 trilhões de endereços MAC possíveis).
Transmissão na Camada de Enlace
Quando um dispositivo em um segmento de rede quer enviar dados para outro dispositivo, ele pode endereçar o quadro colocando seu MAC como origem e o MAC do outro dispositivo como Destino. Quando os dados passam pela sua estação de destino, a placa de rede dessa estação faz uma cópia, retira os dados do envelope e os passa ao computador.
Durante períodos de baixa atividade de comunicação, as poucas colisões que ocorrem são gerenciadas pelo CSMA/CD, com pouco ou nenhum impacto no desempenho. No entanto, à medida que o número de dispositivos e o consequente tráfego de dados cresce, o aumento das colisões pode ter impacto considerável no trabalho dos usuários.