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Redes de Acesso em Banda Larga e Padrão IEEE 802.3

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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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