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1 Redes de Acesso em Banda Larga Redes Ethernet e Padrão IEEE 802.3 Robert Metcalf, Xerox, 1973 2 Redes de Acesso em Banda Larga Barra 3 Redes de Acesso em Banda Larga Barra-Estrela: HUBS 4 Redes de Acesso em Banda Larga Hubs, Concentradores e Switches Hub ou Switch 5 Redes de Acesso em Banda Larga Barra 6 Redes de Acesso em Banda Larga OSI x IEEE AplicaçãoAplicação ApresentaçãoApresentação SessãoSessão TransporteTransporte RedeRede EnlaceEnlace FísicoFísico Arquitetura OSI FísicoFísico LLCLLC MACMAC Arquitetura IEEE 7 Redes de Acesso em Banda Larga CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection 8 Redes de Acesso em Banda Larga TT22 CSMA/CD Tempo TT11 TT33 ColisãoColisãoColisão 9 Redes de Acesso em Banda Larga EstaçãoEstação AtivaAtiva MeioMeio LivreLivre?? IniciaInicia TransmissãoTransmissão Sim Não Sim Não ColisãoColisão?? InterrompeInterrompe TransmissãoTransmissão IncrementaIncrementa contadorcontador de de númeronúmero de de colisõescolisões ReforçoReforço dede ColisãoColisão (JAM)(JAM) AtrasoAtraso AleatórioAleatório ponderadoponderado pelopelo númeronúmero de de colisõescolisões TerminaTermina TransmissãoTransmissão Retransmissão CSMA/CD 10 Redes de Acesso em Banda Larga CSMA/CD - Retransmissão ËEspera Aleatória Exponencial Truncada • se houve colisão, espera tempo aleatório entre 0 e limite • o limite é dobrado a cada colisão sucessiva até o número máximo de colisões. Se não conseguir transmitir aborta. • retardo de transmissão pequeno no começo e grande depois, impedindo sobrecarga • padrão IEEE 802.3: limite dobra até 10 tentativas, depois permanece inalterado até no máximo 16 tentativas 11 Redes de Acesso em Banda Larga AA BB Início da TransmissãoInício da Transmissão CSMA/CD 12 Redes de Acesso em Banda Larga AA BB B detecta meio livreB detecta meio livre e inicia transmissãoe inicia transmissão CSMA/CD 13 Redes de Acesso em Banda Larga AA BB ColisãoColisão CSMA/CD 14 Redes de Acesso em Banda Larga AA BB B detecta a colisãoB detecta a colisão CSMA/CD 15 Redes de Acesso em Banda Larga AA BB CSMA/CD 16 Redes de Acesso em Banda Larga AA BB A recebe o pacote enviado por B, eA recebe o pacote enviado por B, e não sabe que seu pacote sofreunão sabe que seu pacote sofreu colisãocolisão CSMA/CD 17 Redes de Acesso em Banda Larga AA BB Inicio da TransmissãoInicio da Transmissão CSMA/CD 18 Redes de Acesso em Banda Larga AA BB B detecta meio livreB detecta meio livre e inicia transmissãoe inicia transmissão CSMA/CD 19 Redes de Acesso em Banda Larga AA BB ColisãoColisão CSMA/CD 20 Redes de Acesso em Banda Larga AA BB B detecta a colisãoB detecta a colisão CSMA/CD 21 Redes de Acesso em Banda Larga AA BB A detecta a colisãoA detecta a colisão CSMA/CD 22 Redes de Acesso em Banda Larga CSMA/CD ËM ≥ 2 C Tp (Banda Básica) •M é o tamanho do pacote em bits • C é a taxa de transmissão da rede em bps • Tp é o tempo de propagação do sinal no meio (considerando retardo de repetidores) 23 Redes de Acesso em Banda Larga MAC Ethernet (IEEE 802.3 - 1989) ËQuadro mínimo Ethernet, de acordo com as especificações IEEE 802.3: 64 Bytes64 Bytes PreamblePreamble Start FrameStart FrameDelimiterDelimiter DestinationDestination MACMAC AddressAddress 7B7B 1B1B 46 Até46 Até 1500B1500B SourceSource MACMAC AddressAddress LengthLength FCSFCS 6B6B 6B6B 2B2B DataData 4B4B 24 Redes de Acesso em Banda Larga Fundamentos da tecnologia Ethernet ËConclusões: • É preciso estar transmitindo para se detectar colisão • Taxa Ethernet: 10 Mbps, logo, 1 bit a cada 0,1 µs • Quadro mínimo Ethernet: 64 Bytes = 512 bits • Logo, a maior distânciamaior distância (em tempo de tx) entre duas entre duas estações quaisquerestações quaisquer da rede deve ser menor do que a menor do que a metade do tempo de transmissão de 1 quadro mínimometade do tempo de transmissão de 1 quadro mínimo • Essa distância é o domínio de colisãodomínio de colisão: 25,6 µs ËEste é o fator limitante do alcance de uma rede Ethernet 25 Redes de Acesso em Banda Larga MAC Ethernet (IEEE 802.3 - 1989) ËÉ usada a codificação ManchesterManchester, com taxa de sinalização de 20 MHz e o MAC CSMA/CD: ËCaracterísticas: • Nível 0: 0 volts, nível 1: -1,2 volts • Como sempre há transições, o nível médio de tensão no cabo, na presença de 1 quadro, é maior que -1,2 V • Nível médio de tensão, na colisão: -1,49 a -1,63 V Bits Relógio Manchester 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 27 Redes de Acesso em Banda Larga Ethernet: domínio de colisão ËO maior caminho entre duas estações quaisquerquaisquer da rede, em termo de tempo de propagação do sinal, não pode exce- der 25,6 25,6 microssegundosmicrossegundos 28 Redes de Acesso em Banda Larga Ethernet: domínio de colisão ËEm um cabo coaxial, por exemplo, poderia-se chegar a 2800 m 29 Redes de Acesso em Banda Larga Padrões do Nível Físico: IEEE 802.3 Ë10Base5 (coaxial grosso - 50 ohms) Ë10Base2 (coaxial fino) Ë10BROAD36 (coaxial grosso - 75 ohms) Ë10BaseT (par trançado) Ë10BaseF (fibra ótica) 30 Redes de Acesso em Banda Larga Comprimento Máximo de um Segmento Segmento Distância máxima 10Base510Base5 500 500 metrosmetros 10Base210Base2 185 185 metrosmetros 10BaseF10BaseF DependeDepende dada tecnologiatecnologia de de transmissãotransmissão ((atéaté 2 Km)2 Km) 10BaseT10BaseT 100 100 -- 150150 metrosmetros 10Broad3610Broad36 3600 3600 metrosmetros 31 Redes de Acesso em Banda Larga IEEE 802.3 10Base5 Conector “N” Macho Conector de pressão (MDI) Conector AUI de 15 pinos Cabo Coaxial Grosso Interface ETHERNET com MAU externo MAUMAU Cabo AUI Terminador 50 Ohm 32 Redes de Acesso em Banda Larga IEEE 802.3 10Base5 ËTaxa de transmissão: 10 Mbps ËTransmissão: Banda Básica (Baseband) ËCodificação: Manchester ËCabeamento: Coaxial Grosso 50 Ohms (Thick Coax) ËTopologia física em Barramento 33 Redes de Acesso em Banda Larga IEEE 802.3 10Base2 Conector BNC Macho Terminador BNC Macho 50 Ohm Conector T BNC MDI BNC Fêmea Cabo Coaxial Fino Interface ETHERNET com MAU interno 34 Redes de Acesso em Banda Larga IEEE 802.3 10BaseT Par trançado Conector AUI 15 Pinos Conector BNC Interface ETHERNET com MAU interno Plugs RJ-45 R 35 Redes de Acesso em Banda Larga Distância máxima 100 metros HUBHUB Par Trançado UTP 100 100 estaçõesestações porpor HubHub IEEE 802.3 10BaseT 36 Redes de Acesso em Banda Larga IEEE 802.3 10BaseT ËTaxa de transmissão: 10 Mbps ËTransmissão: Banda Básica (Baseband) ËCodificação: Manchester ËCabeamento: Par Trançado ËTopologia física em Barramento-Estrela 37 Redes de Acesso em Banda Larga Bases das extensões à rede Ethernet ËSegmentação do domínio de colisão ËTopologia em estrela com switch como nó central ËFuncionamento em full-duplex ËAumento da taxa de transmissão ËMudança do acesso CSMA/CD ËEnvio de seqüências de quadros ËManutenção da planta de cabeamento 38 Redes de Acesso em Banda Larga Opções para as Extensões à rede Ethernet ËEthernet Comutada (switched Ethernet) ËFast Ethernet: IEEE 802.3u ËEthernet Full-duplex ËGigabit Ethernet 39 Redes de Acesso em Banda Larga Switches Ethernet Porta de 10 Mbps Porta de 10 Mbps Porta de 10 Mbps Porta de 10 Mbps Porta de 10 Mbps Porta de 10 Mbps Porta de 10 Mbps Porta de 30 Mbps Via de Alta Velocidade Tempo de comutação: 0,2 ms contra 1 a 2 ms para as pontes. 40 Redes de Acesso em Banda Larga Switches Ethernet ËComutação feita por software (storestore--andand--forwardforward): •Memória compartilhada • FCS verificado antes da transferência ËComutação feita por hardware (cutcut--throughthrough): • Estabelecimento de circuito entre porta de origem e destino durante a transmissão de um quadro • Latência pequena: não há detecção de erros • Comutação baseada apenas no endereço MAC 41 Redes de Acesso em Banda Larga SwitchSwitch Switches Ethernet: cut-through ... CircuitoCircuitoCombinacionalCombinacional Decisão sobreDecisão sobre a a comutãçãocomutãção Não há necessidade de Não há necessidade de bufferização bufferização do quadro inteirodo quadro inteiro 42 Redes de Acesso em Banda Larga Fast Ethernet (IEEE 802.3u - 1995) ËO quadro mínimo e CSMA/CD foram mantidosmantidos ËA sub-camada MAC do IEEE 802.3 foi preservada ËAs estações são ligadas em estrela a um hub ou switch central ËO cabeamento também pode ser preservado ËË ÚnicaÚnica mudança: taxa de transmissão taxa de transmissão multiplicada por 10multiplicada por 10 • Máximo de, aproximadamente, 205 m devido à limitação do tamanho do quadro ËAs portas implementam autoauto--negociaçãonegociação e autoauto--sensingsensing podendo operar em: • 10 ou 100 Mbps (asen) e half ou full-duplex (aneg) 43 Redes de Acesso em Banda Larga Ethernets full-duplex ËNa Ethernet compartilhada, só há um quadro váli- do em toda a rede em um determinado momento ËMas se colocarmos um par para tx e outro para rx ? • Ethernet full duplex – há a suspensãosuspensão da detecção de colisão do protocolo de acesso ao meio. A banda entre a estação e o hub/switch éé dobradadobrada – O domínio de colisão deixa de existir – São necessários hubshubs, switchesswitches ee placasplacas específicasespecíficas – Existem em 10, 100 e 1.000 Mbps: só ponto a ponto 44 Redes de Acesso em Banda Larga Evolução das redes Ethernet ËEthernet 10 Mbps ou shared Ethernet ËSwitched Ethernet 10 Mbps ËShared Fast Ethernet (100 Mbps) ËSwitched Fast Ethernet (100 Mbps) ËGigabit Ethernet: 802.3z 45 Redes de Acesso em Banda Larga Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z - 1998) ËPrincipais características: • Iniciativa da 3Com (Gigabit Ethernet Alliance) • Opções – half-duplex •Mantém CSMA/CD, •Quadro –Há extensão (extension bits) para o quadro mínimo ter 512 bytes • Pode utilizar “frame bursting” –diminuir o overhead causado pelos extension bits – full-duplex • Não tem colisão 46 Redes de Acesso em Banda Larga Alguns Dados ËIDC: cerca de 118 milhões de nós instalados ËIDC: 86% dos nós de rede vendidos são Ethernet ËVende cerca de 30 milhões de nós / ano (GEA) 47 Redes de Acesso em Banda Larga Rede de Acesso e Rede Interna ProvedoresProvedores dede AcessoAcesso ResidencialResidencial RedesRedes InternasInternas RedeRede dede AcessoAcesso Head EndHead End ServiçosServiços LocaisLocais 10/100 Base T 48 Redes de Acesso em Banda Larga Rede de Acesso e Rede Interna 10/100 Base T RedeRede dede AcessoAcesso Head EndHead End Físico+Enlace PPP IEEE 802.3 PPP IP TCP/UDP APL IEEE 802.3 .... 49 Redes de Acesso em Banda Larga Referências ËEthernet: • wwwhost.ots.utexas.edu/ethernet/ethernet-home.html ËConsórcio Fast Ethernet: • http://www.iol.unh.edu/consortiums/fe/index.html ËGigabit Ethernet Aliance: • www.gigabit-ethernet.org/
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