Um sistema com base na tecnologia Ethernet consiste em três elementos básicos [69]:
a) Um conjunto de regras para acessar o meio;
b) Um quadro de bits padronizado, usado para transmitir dados através do sistema. c) Meio Físico, usado para transmitir os sinais Ethernet entre computadores;
a) Controle de Acesso ao Meio
Através do controle de acesso ao meio, determinam-se os procedimentos que a rede de comunicação deve realizar para inserir dados no meio de transmissão. Este fato é especificado no padrão IEEE 802.3 (CSMA/CD).
A fim de esclarecer o funcionamento do protocolo CSMA/CD, suponha-se a seguinte situação: “um grupo de pessoas ao redor de uma mesa em uma sala escura. Cada pessoa componente do grupo esperará um tempo de silêncio antes de começar a falar (Detecção de Portadora). Acontece que nesse período todas as pessoas do grupo têm a mesma possibilidade de
7 6 5 4 3 2 1 APLICAÇÃO APRESENTAÇÃO SESSÃO TRANSPORTE REDE ENLACE DE DADOS FÍSICA LLC MAC FÍSICA
falar (Acesso Múltiplo). No caso de duas pessoas começarem a falar ao mesmo tempo, o fato é detectado e a conversa se interrompe (Detecção de Colisão)” [69].
Em termos da tecnologia Ethernet, cada interface deve esperar até o canal ficar livre de sinais, assim, uma máquina pode iniciar a transmissão. Se uma estação estiver transmitindo existirá um sinal no canal de comunicação, denominada portadora. Todas as estações envolvidas devem esperar até o sinal de portadora acabar, para poder transmitir, este processo denomina-se detecção de portadora. Dado que todas as interfaces Ethernet possuem a mesma prioridade para transmitir, então, fala-se em acesso múltiplo. No caso de duas estações tentarem enviar dados ao mesmo tempo, haverá uma colisão de dados, este processo denomina-se detecção de colisão. Desta maneira, a transmissão é interrompida a fim de reenviar os dados.
b) Quadro Ethernet
O quadro Ethernet padronizado é mostrado na Figura 6.2.
b1) Preâmbulo: é uma seqüência de 56 bits utilizados para sincronismo, cada byte componente
assume o valor “10101010”.
b2) SFD (Start Frame Delimiter): delimitador de inicio de quadro. Indica o começo de um
quadro, através de um byte que assume o valor “10101011”.
b3) Endereços de Origem e Destino: o endereço da placa de rede de origem e destino,
conhecido como endereço físico ou endereço MAC, do inglês Médium Accesss Control,
especifica-se por meio de 48 bits. Os primeiros três bytes indicam o fabricante da placa de interface e, os três restantes, identificam a placa, sendo que o MAC de cada placa é único.
b4) Campo de Tamanho: faz parte da etapa de verificação, sendo que o campo é preenchido
com dois bytes.
b5) Campo de dados: neste campo são colocados os dados propriamente ditos. O tamanho pode
variar de 0 a 1500 bytes.
Figura 6.2. Quadro Ethernet.
Preâmbulo (7 bytes) SFD Endereço de Origem (2 a 6 bytes) Endereço de Destino (2 a 6 bytes) Tamanho dos Dados (2 bytes) Dados (0 a 1500 bytes) Preenchimento (0 a 46 bytes) CRC (4 bytes)
b6) Campo de Preenchimento: este campo é utilizado para garantir quadros mínimos de 64
bytes. A fim de esclarecer esta idéia será analisada a Figura 6.3, que ilustra as etapas envolvidas
na detecção de uma colisão. No instante to, a estação A envia um quadro. Chamar-se-á de τ ao tempo que o quadro leva para chegar até a extremidade B da rede. Supondo que instantes antes do pacote atingir B, em τ-ε, B começa a transmitir, quando B detecta que está recebendo mais potência do que está produzindo, significa que uma colisão ocorreu, interrompe-se a transmissão e é gerada uma rajada de ruído de 48 bits para avisar a todas as estações. Aproximadamente no tempo 2τ, o transmissor “vê” a saída e também interrompe a transmissão e, em seguida, ele aguarda um tempo aleatório antes de tentar novamente.
Restringindo o comprimento dos cabos a 2,5 Km e quatro repetidores entre duas estações (de acordo com a especificação IEEE 802.3) o tempo de ida e volta de um sinal no canal de comunicação pode ser limitado a 51,2 µs, o que a 10 Mbps corresponde a 512 bits ou 64 bytes, que é o tamanho de quadro mínimo.
Se uma estação tenta transmitir um quadro muito curto e uma colisão acontecer, a transmissão será concluída antes que uma rajada de ruído retorne em um tempo de 2τ. Assim, o emissor concluirá, erroneamente, que o quadro foi enviado com sucesso. Desta maneira, para evitar este problema, todos os quadros devem levar mais de 2τ para serem enviados, o que equivale a um quadro mínimo de 64 bytes. Caso o dado seja menor do que 46 bytes, o campo de preenchimento encarrega-se de fornecer a quantidade de bits necessária para montar um quadro válido.
c) d) 2τ τ τ τ-ε to Pacote começa no tempo 0 A B Pacote quase em B em τ-ε A B Colisão no tempo τ A B Rajada de ruído volta para A em 2τ A B a) b)
b7) CRC: soma de verificação. c) Meio Físico
No meio físico podem ser empregados diversos tipos de cabos, de acordo com a tecnologia
Ethernet considerada. A seguir apresenta-se um resumo para as tecnologias mais utilizadas.
c1) Ethernet 10 Mbps
Esta tecnologia está disponível para os sistemas de cabeamento em banda básica22 (10BASE) mencionados na Tabela 6.1.
Parâmetro 10BASE 2 10BASE 5 10BASE T 10BASE F
Tipo de Cabo Coaxial fino Coaxial grosso Par trançado Fibra óptica
Distâncias Máximas (m) 200 500 100 1000
c2) Fast Ethernet (100 Mbps)
Esta tecnologia está disponível para os sistemas de cabeamento em banda básica (100BASE) mencionados na Tabela 6.2.
Parâmetro 100BASE T4 100BASE TX 100BASE FX
Tipo de Cabo Par trançado (4 pares) Par trançado (2 pares) Fibra óptica monomodo e multimodo Distâncias Máximas (m) 100 100 2000 c3) Gigabit Ethernet
Esta tecnologia está disponível para os sistemas de cabeamento em banda básica, mencionados na Tabela 6.3.
22 Banda Básica: corresponde à faixa de transmissão de sinais digitais não modulados.
Tabela 6.1. Cabeamento para Ethernet 10 Mbps.
Parâmetro 1000BASE CX 1000BASE T 1000BASE LX 1000BASE SX
Tipo de Cabo Coaxial Par trançado Fibra óptica (monomodo)
Fibra óptica (multimodo)
Distâncias Máximas (m) 30 100 3000 550