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Redes de Acesso em Banda Larga

Redes Ethernet e Padrão IEEE 802.3

Robert Metcalf, Xerox, 1973

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Barra

3


Barra-Estrela: HUBS

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Hubs, Concentradores e Switches

Hub ou Switch

5


Barra

6


OSI x IEEE

AplicaçãoAplicação

ApresentaçãoApresentação

SessãoSessão

TransporteTransporte

RedeRede

EnlaceEnlace

FísicoFísico

Arquitetura OSI

FísicoFísico

LLCLLCMACMAC

Arquitetura IEEE

7


CSMA/CD

Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

8


TT22

CSMA/CD

Tempo

TT11

TT33

ColisãoColisãoColisão

9


EstaçãoEstação AtivaAtiva

MeioMeio LivreLivre??

IniciaIniciaTransmissãoTransmissão

Sim

Não

Sim

Não

ColisãoColisão??InterrompeInterrompe

TransmissãoTransmissão

IncrementaIncrementa contadorcontadorde de númeronúmero de de colisõescolisões

ReforçoReforço dedeColisãoColisão (JAM)(JAM)

AtrasoAtraso AleatórioAleatórioponderadoponderado pelopelo

númeronúmero de de colisõescolisões

TerminaTerminaTransmissãoTransmissão

Retransmissão

CSMA/CD

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CSMA/CD - Retransmissão

Espera 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 conseguirtransmitir aborta.

• retardo de transmissão pequeno no começo e grandedepois, impedindo sobrecarga

• padrão IEEE 802.3: limite dobra até 10 tentativas, depois permanece inalterado até no máximo 16 tentativas

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AA BB

Início da TransmissãoInício da Transmissão

CSMA/CD

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AA BB

B detecta meio livreB detecta meio livree inicia transmissãoe inicia transmissão

CSMA/CD

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AA BB

ColisãoColisão

CSMA/CD

14


AA BB

B detecta a colisãoB detecta a colisão

CSMA/CD

15


AA BB

CSMA/CD

16


AA BB

A recebe o pacote enviado por B, eA recebe o pacote enviado por B, enão sabe que seu pacote sofreunão sabe que seu pacote sofreu

colisãocolisão

CSMA/CD

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AA BB

Inicio da TransmissãoInicio da Transmissão

CSMA/CD

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AA BB

B detecta meio livreB detecta meio livree inicia transmissãoe inicia transmissão

CSMA/CD

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AA BB

ColisãoColisão

CSMA/CD

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AA BB

B detecta a colisãoB detecta a colisão

CSMA/CD

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AA BB

A detecta a colisãoA detecta a colisão

CSMA/CD

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CSMA/CD

M ≥ 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)

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MAC Ethernet (IEEE 802.3 - 1989)

Quadro mínimo Ethernet, de acordo com as especificações IEEE 802.3: 64 Bytes64 Bytes

PreamblePreamble Start FrameStart FrameDelimiterDelimiter

DestinationDestinationMACMAC AddressAddress

7B7B 1B1B 46 Até46 Até 1500B1500BSourceSource

MACMAC AddressAddress LengthLength FCSFCS

6B6B 6B6B 2B2B

DataData

4B4B

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Fundamentos da tecnologia Ethernet

Conclusões:• 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 µsEste é o fator limitante do alcance de uma rede Ethernet

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MAC Ethernet (IEEE 802.3 - 1989)

É usada a codificação ManchesterManchester, com taxa de sinalização de 20 MHz e o MAC CSMA/CD:

Características:• 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

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Ethernet: domínio de colisão

O maior caminho entreduas estações quaisquerquaisquerda rede, em termo detempo de propagaçãodo sinal, não pode exce-der 25,6 25,6 microssegundosmicrossegundos

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Ethernet: domínio de colisão

Em um cabo coaxial, por exemplo, poderia-se chegar a 2800 m

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Padrões do Nível Físico: IEEE 802.3

10Base5 (coaxial grosso - 50 ohms)10Base2 (coaxial fino)10BROAD36 (coaxial grosso - 75 ohms)10BaseT (par trançado)10BaseF (fibra ótica)

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Comprimento Máximo de um Segmento

Segmento

Distância máxima

10Base510Base5

500 500 metrosmetros

10Base210Base2


10BaseF10BaseF

DependeDepende dadatecnologiatecnologia de de transmissãotransmissão((atéaté 2 Km)2 Km)

10BaseT10BaseT

100 100 -- 150150metrosmetros

10Broad3610Broad36


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IEEE 802.3 10Base5

Conector “N” Macho

Conector de pressão(MDI)

Conector AUIde 15 pinos

Cabo Coaxial Grosso

Interface ETHERNET com MAU externo

MAUMAU

Cabo AUI

Terminador 50 Ohm

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IEEE 802.3 10Base5

Taxa de transmissão: 10 Mbps Transmissão: Banda Básica (Baseband)Codificação: Manchester Cabeamento: Coaxial Grosso 50 Ohms (Thick Coax)Topologia física em Barramento

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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

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IEEE 802.3 10BaseT

Par trançado Conector AUI15 Pinos

Conector BNC

Interface ETHERNET com MAU interno

Plugs RJ-45

R

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Distância máxima100 metros HUBHUB Par Trançado UTP

100 100 estaçõesestações porpor HubHub

IEEE 802.3 10BaseT

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IEEE 802.3 10BaseT

Taxa de transmissão: 10 Mbps Transmissão: Banda Básica (Baseband)Codificação: Manchester Cabeamento: Par TrançadoTopologia física em Barramento-Estrela

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Bases das extensões à rede Ethernet

Segmentação do domínio de colisãoTopologia em estrela com switch como nó centralFuncionamento em full-duplexAumento da taxa de transmissãoMudança do acesso CSMA/CDEnvio de seqüências de quadrosManutenção da planta de cabeamento

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Opções para as Extensões à rede Ethernet

Ethernet Comutada (switched Ethernet)Fast Ethernet: IEEE 802.3uEthernet Full-duplexGigabit Ethernet

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Switches Ethernet

Porta de10 Mbps

Porta de10 Mbps

Porta de10 Mbps

Porta de10 Mbps

Porta de10 Mbps

Porta de10 Mbps

Porta de10 Mbps

Porta de30 Mbps

Via de AltaVelocidade

Tempo de comutação: 0,2 mscontra 1 a 2 ms para as pontes.

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Switches Ethernet

Comutação feita por software (storestore--andand--forwardforward):• Memória compartilhada• FCS verificado antes da transferência

Comutação 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

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SwitchSwitch

Switches Ethernet: cut-through

...

CircuitoCircuitoCombinacionalCombinacional

Decisão sobreDecisão sobrea a comutãçãocomutãção

Não há necessidade de Não há necessidade de bufferização bufferização do quadro inteirodo quadro inteiro

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Fast Ethernet (IEEE 802.3u - 1995)

O quadro mínimo e CSMA/CD foram mantidosmantidosA sub-camada MAC do IEEE 802.3 foi preservadaAs estações são ligadas em estrela a um hub ou switchcentralO cabeamento também pode ser preservadoÚnicaÚnica mudança: taxa de transmissão taxa de transmissão multiplicada por 10multiplicada por 10• Máximo de, aproximadamente, 205 m devido à limitação do

tamanho do quadro

As portas implementam autoauto--negociaçãonegociação e autoauto--sensingsensingpodendo operar em:• 10 ou 100 Mbps (asen) e half ou full-duplex (aneg)

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Ethernets full-duplex

Na Ethernet compartilhada, só há um quadro váli-do em toda a rede em um determinado momentoMas 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 éédobradadobrada

– 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

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Evolução das redes Ethernet

Ethernet 10 Mbps ou shared EthernetSwitched Ethernet 10 MbpsShared Fast Ethernet (100 Mbps)Switched Fast Ethernet (100 Mbps)Gigabit Ethernet: 802.3z

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Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z - 1998)

Principais 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

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Alguns Dados

IDC: cerca de 118 milhões de nós instaladosIDC: 86% dos nós de rede vendidos são EthernetVende cerca de 30 milhões de nós / ano (GEA)

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Rede de Acesso e Rede Interna

ProvedoresProvedores dedeAcessoAcesso ResidencialResidencial

RedesRedesInternasInternas

RedeRede dedeAcessoAcesso

Head EndHead End

ServiçosServiçosLocaisLocais

10/100 Base T

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Rede de Acesso e Rede Interna

10/100 Base T

RedeRede dedeAcessoAcesso

Head EndHead End

Físico+Enlace

PPP

IEEE 802.3

PPP

IP

TCP/UDP

APL

IEEE 802.3

....

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Referências

Ethernet:• wwwhost.ots.utexas.edu/ethernet/ethernet-home.html

Consórcio Fast Ethernet:• http://www.iol.unh.edu/consortiums/fe/index.html

Gigabit Ethernet Aliance:• www.gigabit-ethernet.org/

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