O padrão Ethernet

Ethernet
Romildo Martins Bezerra
CEFET/BA
Redes de Computadores II
Ethernet .............................................................................................. 1
Por que rede? ........................................................................................ 2
Ethernet .............................................................................................. 2
A subcamada MAC ................................................................................ 3
Frame .............................................................................................. 4
Endereçamento ................................................................................... 4
Camada Física ..................................................................................... 4
Pesquise .............................................................................................. 5
Temas para trabalhos .............................................................................. 5
Bibliografia ........................................................................................... 5 As notas de aulas são referências para estudo. Portanto não devem ser adotadas como material didático absoluto!
Versão 0.4 – 30/08/2008
Romildo Martins Bezerra
Por que rede?
“Uma rede permite a troca de informações (envio e recebimento) entre computadores. Talvez nós
nem tenhamos idéia da quantidade de vezes que acessamos informações em redes de computador. A
Internet certamente é o maior exemplo de rede de computadores, com milhões de máquinas conectadas
ao redor do mundo, mas as pequenas redes desempenham um papel importante na busca diária de
informações. Muitas bibliotecas públicas substituíram os cartões em papel por terminais de computador.
Assim, é mais fácil e rápido procurar os livros. Os aeroportos têm inúmeras telas que exibem informações
sobre vôos. Muitas lojas têm computadores especializados que controlam transações de pontos-de-venda.
Em cada um desses casos, as redes oferecem diferentes dispositivos em diversas localidades que acessam
uma informação compartilhada.” [1]
Formalmente a definição de rede de computadores consiste em uma ligação entre dois ou mais
computadores (ou outros dispositivos: palm, celular, etc.) ligados entre si e compartilhando recursos
(dados, impressoras, etc.). Existem várias formas/recursos/equipamentos que podem ser interligados e
compartilhados, mediante meios de acesso, protocolos e requisitos de segurança. Dentro deste contexto,
trabalharemos com o padrão Ethernet (camada de enlance) e o padrão TCP/IP para as camadas
superiores.
Ethernet
Como visto na disciplina telemática, uma LAN é uma
rede de computadores desenvolvida para cobrir regiões
geograficamente pequenas, e neste universo de LANs
espalhadas pelo mundo o padrão mais utilizado a nível de
enlace é o protocolo Ethernet.
O padrão Ethernet foi originalmente desenvolvido para
funcionar a 10Mbps através de uma conexão via cabo coaxial.
Com isso, todas as comunicações aconteciam em um mesmo
fio, qualquer informação enviada por um computador era
recebida por todos os outros, mesmo que a informação fosse
destinada para um destinatário específico.
Para isso, a placa de interface de rede descarta a
informação não endereçada a ela, interrompendo a CPU
somente quando pacotes aplicáveis eram recebidos, a menos
que a placa fosse colocada em seu modo de comunicação
promíscua.
Essa forma de um fala e todos escutam definia um meio
de compartilhamento de Ethernet de fraca segurança, pois um
nodo na rede Ethernet podia escutar às escondidas todo o
trafego do cabo se assim desejasse. Usar um cabo único
também significava que a largura de banda (bandwidth) era
compartilhada, de forma que o tráfego de rede podia tornar-se
lentíssimo quando, por exemplo, a rede e os nós tinham de ser
reinicializados após uma interrupção elétrica.
O padrão ethetnet especifica a camada de enlace e a
camada física, conforme pode ser visto na Figura 01. Neste
documento o foco será na camada 2, apenas mostrando
algumas das possíveis implementações da camada física. O
método de acesso adotado é o CSMA/CD (Carrier Sense Multiple
Access with Collision Detection).
2y
História
“A Ethernet foi desenvolvida
como um, entre muitos, projeto
pioneiro da Xerox PARC. Entendese, em geral, que a Ethernet foi
inventada em 1973, quando
Robert Metcalfe escreveu um
memorando para os seus chefes
contando sobre o potencial dessa
tecnologia em redes locais.
Contudo, Metcalfe afirma que, na
realidade,
a
Ethernet
foi
concebida durante um período de
vários anos. Em 1976, Metcalfe e
David Boggs publicaram Ethernet:
Distributed Packet-Switching For
Local Computer Networks.
Metcalfe deixou a Xerox em 1979
para promover o uso de PCs e
LANs, e para isso criou a 3Com.
Ele conseguiu convencer DEC,
Intel, e Xerox a trabalhar juntas
para promover a Ethernet como
um padrão, que foi publicado em
30 de setembro de 1980.
Competindo com elas na época
estavam 2 sistemas proprietários,
token ring e ARCNET. Em pouco
tempo ambos foram afogados por
uma onda de produtos Ethernet.
No processo a 3Com se tornou
uma grande companhia.” [2]
Romildo Martins Bezerra
Figura 01 – Comparativa de três gerações da Ethernet
A subcamada MAC
Esta subcamada controla a operação de acesso ao meio físico, além de receber frames da camada
superior e enviá-los a camada inferior (PLS ou RS) para codificação. Para efetuar tal controle de acesso é
utilizado o método CSMA/CD.
Para ajudar a ilustrar a operação da Ethernet com o CSMA/CD, em [1] é apresentada uma
analogia: uma conversação à mesa de jantar. Nosso segmento Ethernet é a mesa de jantar, e os nós são as
pessoas conversando educadamente. A expressão múltiplo acesso (multiple access) fala sobre o que
acabamos de discutir. Quando uma estação de Ethernet transmite, todas as estações no meio ouvem a
transmissão. Da mesma maneira que quando uma pessoa fala, todo mundo escuta. Agora vamos imaginar
que você esteja à mesa e tenha alguma coisa a dizer. No momento, entretanto, existe uma pessoa
falando. Já que essa é uma conversação educada, em vez de imediatamente falar e interromper o outro
você espera até que ele termine de falar. Na terminologia da Ethernet, esse processo se chama carrier
sense (detecção de portadora). Antes de uma estação começar a transmitir, ela "ouve" o meio para saber
se outra estação está transmitindo. Se o meio estiver em silêncio, a estação reconhece que esse é o
momento apropriado para transmitir.
Uma pergunta vem a tona... se o transmissor para de falar nesta mesa de jantar parar e todos
falarem ao mesmo tempo? Nada será entendido no meio, caracterizando uma colisão na transmissão.
Como tratar esta colisão?
Quando um computador deseja enviar alguma informação, este obedece o seguinte algoritmo:
Se o canal está livre, inicia-se a transmissão, senão vai para o passo 4;
[transmissão da informação] se colisão é detectada, a transmissão continua até que o tempo
mínimo para o pacote seja alcançado (para garantir que todos os outros transmissores e receptores
detectem a colisão), então segue para o passo 4;
[fim de transmissão com sucesso] informa sucesso para as camadas de rede superiores, sai do
modo de transmissão;
[canal está ocupado] espera até que o canal esteja livre;
[canal se torna livre] espera-se um tempo aleatório1, e vai para o passo 1, a menos que o número
máximo de tentativa de transmissão tenha sido excedido;
1
O tempo é aumentado exponencialmente se mais de uma tentativa de transmissão falhar.
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Romildo Martins Bezerra
[número máximo de tentativa de transmissão excedido] informa falha para as camadas de rede
superiores, sai do modo de transmissão;
Frame
O frame Ethernet padrão possui 7 campos conforme visto na figura abaixo.
Figura 02 – Ethernet Frame
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•
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Preâmbulo – tem como função criar um padrão de 0s e 1s para sincronização. Em algumas
literaturas, não é considerado parte do frame Ethernet, pois é adicionado ao frame da
camada física.
SFD – Start frame delimiter, sinaliza o início do frame (byte: 10101011).
DA – Destanation Addreess, contém o endereço físico da estação de destino.
SA – Source Addreess, contém o endereço físico da estação de origem.
Payload (dados) – transporta os dados encapsulados pelos protocolos das camadas
superiores (entre 46 e 1500 bytes).
CRC – transporta a informação da detecção de erro (CRC-32)
Endereçamento
Cada estação numa rede Ethernet possui seu próprio
adaptador de rede que contém um identificador único para o
endereço físico da estação, denominado endereço MAC (do inglês
Media Access Control).
Nos sistemas operacionais Windows (XP, 2000, 2003) o
endereço Mac é verificado através do comando ipconfig, já no
Linux o comando é ifconfig. Abaixo uma visualização no comando
no Windows.
Descrição . . . . . . . . . . . . . . : VIA Rhine II Fast Ethernet Adapter
Endereço físico . . . . . . . . . . : 00-1A-4D-A4-6A-E5
Relação MAC x Empresas
00-00-0C (hex) CISCO SYSTEMS INC
00-01-41 (hex) CISCO SYSTEMS INC
00-01-63 (hex) CISCO SYSTEMS INC
00-01-02 (hex) 3COM Corporation
00-01-03 (hex) 3COM Corporation
00-E0-4C (hex) REALTEK CORP.
Observe que uma empresa pode
possuir mais que um grupo de MAC
não contínuo.
No MAC address, os três primeiros octetos são destinados à identificação do fabricante, os 3
posteriores são fornecidos pelo fabricante. É um endereço universal, i.e., não existem, em todo o mundo,
duas placas com o mesmo endereço
Camada Física
Existem diferentes tipos de implementação da camada física que variam de acordo com a
velocidade, topologia utilizada, padrões de cabemento, conectores, dentre outros. Serão categorizados
aqui de acordo com a velocidade.
Standard Ethetnet – 10Mbps
Padrões: 10BASE2 / 10BASE5 / 10BASE-T / 10BASE-F (10BASE-FL, 10BASE-FB e 10BASE-FP)
10BASE2 (também chamado ThinNet ou Cheapernet) - Um cabo coaxial de 50-ohm conecta as máquinas,
cada qual usando um adaptador T para conectar seu NIC. Requer terminadores nos finais. Por muitos anos
esse foi o padrão dominante de ethernet de 10 Mbit/s. Abaixo uma imagem ilustrativa.
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Romildo Martins Bezerra
Figura 02 – Rede com Ethernet 10BASE2
Fast Ethetnet – 100Mbps
Padrões: 100BASE-T (100BASE-TX, 100BASE-T4 e 100BASE-T2) e 100BASE-FX
Como exercício, pesquise o 100BASE-TX.
GigaBit Ethernet
Padrões: 1000BASE-T / 1000BASE-SX / 1000BASE-LX / 1000BASE-CX
Como exercício, pesquise o 1000BASE-T e 1000BASE-SX.
10 GigaBit Ethernet
Padrões: 10GBASE-SR/10GBASE-LX4/10GBASE-LR/10GBASE-ER/10GBASE-SW/10GBASE-LW/10GBASE-EW
Ethernet de 10 gigabit é muito nova, e continua em vistas sobre qual padrão vai ganhar aceitação
comercial.
Pesquise
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Qual o padrão ethernet mais utilizado hoje?
Explique o funcionamento detalhado do CSMA/CD
È possível alterar o MAC Address?
Faça o desenho do padrão 100BASE-TX
Relacione os cabos UTP e os padrões ethernet.
Pesquise:
a. Modo de comunicação promíscua
b. 100BASE-TX
c. As diferenças entre 1000BASE-T e 1000BASE-SX.
Temas para trabalhos
1.
2.
3.
4.
IEEE 802.11
Bluetooth
ATM
PPP & Frame Relay
Bibliografia
[1] FOROUZAN, B.A. Comunicação de Dados e Redes de Computadores. 3ª Edição. Bookman. 2006
[2] KUROSE, J. Redes de Computadores e a Internet. 3ª Edição. Addison-Wesley, 2006.
[3] COMER, D. E. Redes de Computadores e a Internet. 4ª Edição. Bookman. 2007.
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