Tecnologias de rede. Diversas tecnologias com características diferentes Exemplos. Ethernet FDDI ATM

(1)

Tecnologias de rede



Diversas

tecnologias

com

características

diferentes



Exemplos

 Ethernet  FDDI  ATM

(2)

Ethernet



Vários tipos se diferenciam na camada física em

função do tipo de cabo, da codificação e do uso

do CSMA/CD ou de comutação



Todos os tipos descritos na norma IEEE 802.3

exceto o padrão 10 Gigabit Ethernet (IEEE

802.3an)

(3)

Rede Ethernet original (10 Mbps)



Topologia em barramento compartilhado entre

as estações



Operação em half-duplex

(4)

Rede Ethernet original



De modo a garantir a detecção de colisão, o

quadro Ethernet possui um tamanho mínimo



De acordo com o IEEE 802.3

 LAN a 10 Mbps, 2500 m

 rtt (round-trip time) máximo = 2τ = 50 µs

 1 bit = 100 ns, então quadro mínimo = 500 bits  IEEE 802.3: 512 bits ou 64 octetos

(5)

Algoritmo de Backoff Exponencial Binário



No caso da detecção de uma colisão

 Estação para a transmissão  Envio de um sinal (jam)

 Equivalente a 32 bits de ruído

 Nem sempre o número de bits do quadro

(6)

Algoritmo de Backoff Exponencial Binário



No caso da detecção de uma colisão (cont.)

 Retransmissão dos quadros após um tempo aleatório

 Tempo é dado por um número aleatório (n) que multiplica

o tempo de slot (51,2 _µs)

 Tempo de slot correspondente a 2τ

 Suficiente para 512 bits no Ethernet

 n entre 0 e 2i – 1, onde i é o número de colisões

 Após 10 colisões

 Intervalo aleatório congelado em 1023 slots

 Após 16 colisões

 Quadro é descartado

(7)

Rede Ethernet original

Eficiência do Ethernet a 10 Mbps e tempo de slot de 512 bits

(fonte: Tanenbaum)

(8)

Quadro Ethernet original



Preâmbulo

 Sincronização entre relógios

 Sete octetos 10101010 e o último octeto 10101011

 Espécie de delimitador de início de quadro

 Codificação Manchester produz uma onda quadrada

de 10 MHz durante aproximadamente 6,4 µs



Endereços de destino e de origem

(9)

Quadro Ethernet original - endereços



IEEE controla parte do endereço

 Identificadores únicos de organização (Organizationally

Unique Identifiers - OUI)  Primeiros 24 bits



Bit mais significativo igual a 1

 Multicast ou difusão



Todos os bits em um

(10)

Quadro Ethernet original



Tipo

 Protocolo usado pela camada superior



Dados

 Tamanho mínimo de 46 octetos

 Quadro de 64 octetos garante a detecção de colisão

(11)

Quadro Ethernet original



Dados (cont.)

 Dados passados para a camada rede incluem o

enchimento (se existente)

 Tamanho do pacote da camada rede fará com que os

dados sejam separados do enchimento



CRC

 32 bits

 x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5

(12)

Quadro Ethernet original



Não há delimitador de fim de quadro

(13)

Rede Ethernet original

(14)

Rede Ethernet original



Camada física

 Cabeamento  Codificação

(15)

Rede Ethernet original



Tipos de cabeamentos (802.3)

 Nomenclatura

 <x><sinal><y>

 x é a taxa de transmissão em Mbps  sinal é o tipo de sinalização usada

 y é o comprimento máximo do cabo coaxial / 100 em

(16)

Tipos de cabeamentos



10Base5 (Ethernet grossa)

 Normalizada em 1980  Banda básica

 Topologia em barramento  Segmento de até 500 m

 Máximo de cinco segmentos

 Máximo de 30 estações por segmento  Cabo coaxial de 1 cm de diâmetro

 Custo alto dos cabos e conectores  Pouca flexibilidade do cabo

(17)

Tipos de cabeamentos



10Base2 (Ethernet fina)

 Normalizada em 1987  Banda básica

 Topologia em barramento  Segmento de até 185 m

 Máximo de cinco segmentos

 Máximo de 30 estações por segmento  Cabo de 0,5 cm de diâmetro

 Conectores BNC padrão

(18)

Tipos de cabeamentos



10Base-T

 Normalizada em 1990

 T → par trançado como meio de transmissão

 Estação conectada a um hub através de dois pares

trançados

 Topologia em estrela

 Topologia lógica em barramento

 Alcance de 100 a 200 m (do hub a uma estação)

 Depende da qualidade do cabo

(19)

Tipos de cabeamentos



10Base-F

 Utiliza fibra óptica

 Possui excelente imunidade a ruído  Segmentos de até 2000 m

 Número máximo de estações por segmento é 1024

 Alternativa cara em função do custo dos conectores e

(20)

Tipos de cabeamentos

(21)

Rede Ethernet original



Codificação

 Não usa codificação binária direta

 Problemas de temporização (perda de sincronismo)

 Uso de codificação Manchester

 Determina-se o início e o fim de cada bit sem o uso de

(22)

Rede Ethernet de alta velocidade



Sucesso da Ethernet e evolução da capacidade

de processamento dos microcomputadores

(23)

Rede Ethernet de alta velocidade



Na topologia de cabo coaxial poderiam existir

duas soluções

 (a) 51,2 µs a 100 Mbps → 5120 bits

 Aumenta-se o tamanho mínimo do quadro para 5120 bits  Pode comprometer o desempenho de algumas

aplicações

 (b) Tempo de detecção de 5,12 µs

 Divide-se por 10 os tamanhos máximos dos cabos  Também não é uma boa solução

 Não se usa coaxial na Ethernet de mais de 10 Mbps  Solução → usar elementos centralizadores

(24)

Rede Ethernet de alta velocidade



Hub

 Transmissão em half-duplex  Só repete os dados

 Não roda todo o CSMA/CD

 Estações rodam CSMA/CD  Detecta colisões e envia jams

(25)

Rede Ethernet de alta velocidade



Comutador (acesso dedicado - estação ligada

diretamente)

 Transmissão em full-duplex

 Processa, armazena e transmite os dados

 Pares trançados não são compartilhados → não há

colisões

 Escalável

 Aumento de eficiência da rede

 Limitação passa a ser dada pela banda do meio físico

(26)

Fast Ethernet



Normalizada em 1995



Usa par trançado ou fibra óptica como meio



Mantêm o formato e os tamanhos mínimo e

máximo do quadro

 Questões de compatibilidade

(27)

Fast Ethernet com par trançado



10Base-T

 UTP cat 3 → sinais de 25 MHz



Fast Ethernet

 Half-duplex

 Tamanho máximo da rede deveria ser de 250 m

 Limitação vem do tamanho máximo do cabo (100 m)

 Alcance de 200 m

 Full-duplex

 Limitação vem do tamanho máximo do cabo (100 m)

(28)

Fast Ethernet com par trançado



100Base-T4

 Pode usar UTP cat 3

 Usa quatro pares por estação (um para transmissão,

um para recepção e os outros dois intercambiáveis)

 Não funciona em full-duplex

 Usa uma codificação ternária em cada um dos três

pares usados para transmissão

 Codificação 8B/6T

(29)

Fast Ethernet com par trançado



100Base-TX

 UTP cat 5 → sinais de 125 MHz a 100 m

 Usa dois pares (um para transmissão e outro para

recepção)

 Também não usa Manchester pois exigiria 200 MHz de

banda

(30)

Fast Ethernet com par trançado



Esquema de autonegociação

 Seleciona  Velocidade de operação  10 ou 100 Mbps  Modo de operação  Half ou full-duplex

(31)

Fast Ethernet com fibra óptica



100Base-FX

(32)

Gigabit Ethernet



Normalizada em 1998



Usa par trançado ou fibra óptica como meio



Mantêm o formato e os tamanhos mínimo e

máximo do quadro

(33)

Gigabit Ethernet com par trançado



Half-duplex

 Tamanho máximo da rede deveria ser de 25 m  Soluções

 Extensão de portadora

(34)

Gigabit Ethernet com par trançado



Half-duplex (cont.)

 Extensão de portadora: hardware usa enchimento

(após o CRC) para estender o quadro até 512 octetos

 Vantagem: software não precisa ser mudado  Desvantagem: menor eficiência da rede

 Envio de quadro em rajadas

 Primeiro quadro enviado normalmente (com extensão, se

necessária)

 Demais quadros são enviados em rajada até um limite de

65536 tempos de bit mais a transmissão do quadro final

 Sem nenhuma extensão

 Símbolos são usados nos intervalos entre quadros

para não deixar outra estação obter o meio

(35)

Gigabit Ethernet com par trançado



Half-duplex (cont.)

 Tamanho mínimo de 512 octetos → tamanho do slot é

(36)

Gigabit Ethernet com par trançado



Full-duplex

 Tamanho da rede é de até 200 m



Controle de fluxo

 Estação pode receber pedido para parar de transmitir

(37)

Gigabit Ethernet com par trançado



1000Base-T

 UTP cat 5 → 4 pares

 Codificação 5-PAM

 Quatro valores para dados e um para controle e

enquadramento

 Enviados 2 bits por símbolo em paralelo em cada um dos

pares

 Relógio a 125 MHz → oito bits permitem 1Gbps

(38)

Gigabit Ethernet com par trançado



1000Base-CX

 STP → 2 pares de no máximo 25 m  Codificação 8B/10B

(39)

Gigabit Ethernet com fibra óptica



Funciona nos modos half-duplex e full-duplex



Pode usar controle de fluxo quando no modo

(40)

Gigabit Ethernet com fibra óptica



1000Base-LX

 Fibra monomodo → tamanho máximo do segmento de

5000 m

 Fibra multimodo → tamanho máximo do segmento de

550 m

 Codificação 8B/10B



1000Base-SX

 Fibra multimodo → tamanho máximo do segmento de

550 m

(41)

10-Gigabit Ethernet



IEEE 802.3ae (2002)



Usa fibra óptica como meio



Mantêm o formato e os tamanhos mínimo e

máximo do quadro

(42)

10-Gigabit Ethernet



IEEE 802.3an (2006)



Usa par trançado como meio



Mantêm o formato e os tamanhos mínimo e

máximo do quadro

(43)

ARP



Protocolo de resolução de endereços (Address

Resolution Protocol)



Descrito na RFC 826



Faz a tradução de endereços IP para endereços

MAC da maioria das redes IEEE 802



Executado dentro da sub-rede



Cada nó (estação ou roteador) possui uma

tabela ARP

 Contém endereço IP, endereço MAC e TTL

(44)

ARP



Nó origem consulta a sua tabela ARP



Se o nó destino não consta da tabela

 Nó origem envia um ARP Query em difusão

 Nó destino responde diretamente ao nó origem com

um ARP Reply

 Nó origem entra com o registro na tabela

 Nó origem define o TTL



Se o nó destino consta da tabela

(45)

ARP - roteamento para outra LAN

A

R

B

(46)

ARP - roteamento para outra LAN



A cria o datagrama com endereço IP fonte A e

destino B



A consulta a tabela de roteamento e obtém R

como próximo salto



A usa o ARP para obter o endereço MAC de R



A cria um quadro com endereço MAC de destino

R e o datagrama de A para B na carga útil



Adaptador de A envia o quadro para R



Adaptador de R recebe o quadro

(47)

ARP - roteamento para outra LAN



R remove o datagrama IP do quadro Ethernet e

verifica que é destinado a B



R consulta a tabela de roteamento



R usa o ARP para obter o endereço MAC de B



R cria o quadro contendo o datagrama de A para

B



Adaptador de R envia o quadro para B



Adaptador de B recebe o quadro

(48)

DHCP



Protocolo

de

configuração

dinâmica

de

hospedeiros

(Dynamic

Host

Configuration

Protocol)



Descrito nas RFCs 2131 e 2132



Protocolo de rede



Permite que um hospedeiro obtenha

 Endereço IP

 Máscara da sub-rede

 Endereço do roteador do primeiro salto  Endereço do servidor DNS local

(49)

DHCP



Protocolo cliente-servidor

 Cada sub-rede possui um servidor DHCP ou um

agente de retransmissão (relay) que repassa um pedido para um servidor DHCP

(50)

DHCP



Dividido em quatro etapas

 Descoberta de servidor DHCP

 Hospedeiro envia uma mensagem de descoberta DHCP  Monta um datagrama UDP com a porta de destino

67, endereço de destino 255.255.255.255 (difusão IP), porta fonte 68 e endereço fonte 0.0.0.0 (este hospedeiro)

 Envia para a sub-rede através do endereço MAC

FF-FF-FF-FF (difusão)

(51)

DHCP



Dividido em quatro etapas (cont.)

 Oferta(s) do(s) servidor(es) DHCP

 Servidor(es) envia(m) uma mensagem de oferta DHCP  Cada mensagem contém

 Identificador da mensagem de descoberta  Endereço IP proposto

 Máscara de rede

 Tempo de aluguel do endereço

 Requisição DHCP

 Cliente escolhe uma oferta e responde com uma

mensagem de requisição DHCP que contém os parâmetros de configuração

 DHCP ACK

 Servidor responde com uma mensagem DHCP ACK

(52)

Exemplos de rede com DHCP (fonte: Kurose)

223.1.1.1 223.1.1.2 223.1.1.3 223.1.1.4 223.1.2.9 223.1.2.2 223.1.2.1 223.1.3.2 223.1.3.1 223.1.3.27 A B E DHCP server arriving DHCP client needs address in this network 223.1.2.5

(53)

Exemplos de rede com DHCP (fonte: Kurose)

DHCP server: 223.1.2.5 arriving client time DHCP discover src : 0.0.0.0, 68 dest.: 255.255.255.255,67 yiaddr: 0.0.0.0 transaction ID: 654 DHCP offer src: 223.1.2.5, 67 dest: 255.255.255.255, 68 yiaddrr: 223.1.2.4 transaction ID: 654 Lifetime: 3600 secs DHCP request src: 0.0.0.0, 68 dest:: 255.255.255.255, 67 yiaddrr: 223.1.2.4 transaction ID: 655 Lifetime: 3600 secs DHCP ACK src: 223.1.2.5, 67 dest: 255.255.255.255, 68 yiaddrr: 223.1.2.4 transaction ID: 655 Lifetime: 3600 secs

(54)

DHCP

(55)

DHCP



Cliente pode renovar o aluguel antes do mesmo

(56)

Elementos de interconexão



Repetidor

 Nível físico

 Tem um número pequeno de interfaces

 Recebe, conforma (recupera a forma do sinal original),

amplifica e retransmite os bits de uma interface para todas as outras

(57)

Elementos de interconexão



Hub

 Nível físico  É um repetidor

 Repete os bits de uma porta para todas as outras

 Segmentos da rede formam um único domínio de

colisão

 Domínio de colisão é uma única rede com CSMA/CD na

qual haverá colisão se duas ou mais estações da rede transmitirem ao mesmo tempo

 Geralmente não pode conectar segmentos da rede

operando em diferentes taxas

 Esse caso poderia ser implementado usando dois hubs

que operam em velocidades diferentes conectados internamente por um comutador de duas portas

(58)

Elementos de interconexão



Ponte (bridge)

 Nível enlace

 Tem um pequeno número de interfaces

 Usa o endereço MAC de destino para encaminhar e

filtrar quadros

 Cada segmento de rede é um domínio de colisão

separado

 Pode conectar segmentos de rede operando em

diferentes taxas

 Pode conectar segmentos de rede diferentes

 Pode usar o CSMA/CD como se fosse uma estação

(59)

Elementos de interconexão



Ponte (bridge)

 Conceitos

 Filtragem

 Capacidade da ponte decidir se um quadro será

repassado para alguma interface ou descartado

 Repasse

 Capacidade de determinar as interfaces para as

(60)

Elementos de interconexão



Ponte (bridge)

 Tabela de comutação usada no repasse

 Se o endereço de destino está na tabela e a interface

não é a mesma de onde veio, transmite para a interface correspondente

 Se o endereço de destino está na tabela e a interface é a

mesma de onde veio, descarta

 Se o endereço de destino não está na tabela, transmite

(61)

Elementos de interconexão



Ponte (bridge)

 Possui a característica de aprendizagem automática

 Construção automática da tabela de comutação

 Cada quadro que passa pela ponte é examinado e

são colocados na tabela o endereço fonte, a interface de onde veio o quadro e o tempo do registro na tabela

 Registros expiram

(62)

Elementos de interconexão



Comutador

 Nível enlace

 Ponte de alto desempenho e múltiplas interfaces  Tem um maior número de interfaces

 Atualmente a maioria é utilizada para acesso dedicado

 Uma única estação por domínio de colisão

 Usa o endereço MAC de destino para encaminhar e

filtrar quadros

 Cada segmento de rede é um domínio de colisão

separado

 Pode conectar segmentos de rede operando em

diferentes taxas

(63)

Elementos de interconexão



Comutador

 Pode trabalhar em full-duplex  Comutação de quadros

 Quadro sempre é expedido pela mesma saída, decidida

(64)

Elementos de interconexão



Roteador

 Nível rede

 Roteamento de pacote

 Endereço do destinatário

(65)

Elementos de interconexão

(66)

Elementos de interconexão

(67)