Rede Ethernet original
Camada física
Cabeamento Codificação
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
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
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
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
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
Tipos de cabeamentos
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
Rede Ethernet de alta velocidade
Sucesso da Ethernet e evolução da capacidade
de processamento dos microcomputadores
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
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
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
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
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)
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
Fast Ethernet com par trançado
100Base-TX (IEEE 802.3u)
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
Fast Ethernet com par trançado
Esquema de autonegociação
Seleciona Velocidade de operação 10 ou 100 Mbps Modo de operação Half ou full-duplexFast Ethernet com fibra óptica
100Base-FX
Gigabit Ethernet
Normalizada em 1998
Usa par trançado ou fibra óptica como meio
Mantêm o formato e os tamanhos mínimo e
máximo do quadro
Gigabit Ethernet com par trançado
Half-duplex
Tamanho máximo da rede deveria ser de 25 m Soluções
Extensão de portadora
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
Gigabit Ethernet com par trançado
Half-duplex (cont.)
Tamanho mínimo de 512 octetos → tamanho do slot é
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
Gigabit Ethernet com par trançado
1000Base-T (IEEE 802.3ab)
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
Gigabit Ethernet com par trançado
1000Base-CX
STP → 2 pares de no máximo 25 m Codificação 8B/10B
Gigabit Ethernet com fibra óptica
Funciona nos modos half-duplex e full-duplex
Pode usar controle de fluxo quando no modo
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
10-Gigabit Ethernet
IEEE 802.3ae (2002)
Usa fibra óptica como meio
Mantêm o formato e os tamanhos mínimo e
máximo do quadro
10-Gigabit Ethernet
IEEE 802.3an (2006)
Usa par trançado como meio
Mantêm o formato e os tamanhos mínimo e
máximo do quadro
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
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
ARP - roteamento para outra LAN
A
R
B
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
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
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
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
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)
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
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 223.1.2.5Exemplos 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 secsDHCP
DHCP
Cliente pode renovar o aluguel antes do mesmo
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
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
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
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
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
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
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
Elementos de interconexão
Comutador
Pode trabalhar em full-duplex Comutação de quadros
Quadro sempre é expedido pela mesma saída, decidida
Elementos de interconexão
Roteador
Nível rede
Roteamento de pacote
Endereço do destinatário