Tecnologia Ethernet
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Ethernet Dedicado ou
Comutado (Switched Ethernet)
Cada porta do comutador (operando com CSMA/CD) forma um
domínio de colisão com somente duas estações: o próprio comutador e a estação do usuário
Comutador funciona como uma ponte com várias portas, isolando o
tráfego
Transmissões simultâneas podem ocorrer entre pares de estações
COMUTADOR
Fibra
conector RJ-45
Ethernet Dedicado Full Duplex
(FDE)
Estação pode transmitir e receber ao mesmo tempo A banda disponível para cada estação fica dobrada Não existe colisão e desempenho aumenta
COMUTADOR
Fibra
conector RJ-45
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Switches
Operação com cut-through
Comutam tão logo recebem o cabeçalho do quadro, se segmento destino livre
Não armazenam antes de retx Retx quadros com erro de CRC
Tempo de latência não depende do tamanho do quadro
Baixo tempo de latência: da ordem de microssegundos
Cut-through muito eficiente para uso com full-duplex
Nas topologias atuais opera-se em geral com full-duplex e com porta
dedicada a uma única estação
Cache por porta de switch de rede local limitado a uma ou duas posições para guardar
end MAC
Pontos a considerar
Latência
Filtragem de quadros com erro
Meios Físicos em 10 Mbps
coaxial
10Base-5 (coaxial grosso ou yellow cable) 10Base-2 (coaxial fino)
par trançado
10Base-T
fibra ótica
10Base-FL
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10Base-T
cabo com 4 pares
usa conectores RJ45 (8 vias)
um par para tx, outro para rx, dois livres comprimento máximo: 100 metros
topologia com hub (operando com colisão)
ou switch (podendo operar sem colisão)
robusto: qualquer desconexão de cabo pára
apenas uma máquina
1
esquema de conexão
10Base-T
hub/switch hub/switch hub switch placa de rede tomada line-cord patch-panel patch-cord cabo par trançado7 m
7 m
90 m
90 m
3 m
3 m
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esquema de conexão
conectores padrões
ST SC10Base-F
ST metálico ST cerâmico SC fibra Tx Rx Tx Rx 2 km multimodoEvolução do Ethernet
Fast Ethernet (100 Mbps)
Fast Ethernet Full Duplex (200 Mbps)
Giga Ethernet Full Duplex (1 Gbps)
10 Giga Ethernet Full Duplex em fibra
10 Giga Ethernet Full Duplex em TP!
Em alta velocidade a operação é síncrona
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Padrões Ethernet
IEEE802.1p (QoS), IEEE802.1q (VLAN)
IEEE802.3u (Fast)
IEEE802.3z (1000Base-F)
IEEE802.3ab (1000Base-t)
IEEE802.3ae (10 Giga)
Padrões para LANS e MANS
IEEE produziu vários padrões para LANs e MANs
Esse padrões são coletivamente conhecidos como
IEEE 802
Vários padrões diferem na camada física e na
subcamada MAC, mas são compatíveis na camada de enlace
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Padrão IEEE 802
CONTROLE DE ENLACE LÓGICO (LLC) CONTROLE DE ACESSO AO MEIO (MAC) FÍSICA (PHY) meio fmeio fíísicosico
camadas superiores
camadas superiores
pontos de acesso
pontos de acesso
ao servi
ao serviçço LLC (LSAP)o LLC (LSAP)
enlace enlace de de dados dados
Padrão IEEE 802 para
LANs e MANS
IEEE 802.1
IEEE 802.1 -- Aspectos gerais e gerenciamento de redeAspectos gerais e gerenciamento de rede
IEEE 802.2 - Camada de Enlace Subcamada LLC
(Logical Link Control)
tipo 1 - sem conexão tipo 2 - com conexão
tipo 3 - com reconhecimento
IEEE 802.3 CSMA/CD IEEE 802.4 Token-Bus IEEE 802.5 Token-Ring IEEE 802.6 MAN
(MAC) (MAC) (MAC) (MAC)
Banda base Banda larga Banda larga Banda base
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Endereços 802 MAC
G/I = 1/0 grupo/individual U/L = 1/0 universal/local
difusão ou broadcast = todos os bits em 1
G/I U/L 6 bits
byte byte byte byte
byte byte
1/0
OUI - organization unique identifier
código IEEE do fabricante 2
24 endeços MAC END MAC 48 bits
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Ethernet e IEEE802.3
Xerox criou um sistema CSMA_CD de 2.94 Mbps a
ser conectada a 100 estações de trabalho em cabo de 1 km
Communications of ACM, vol.19, no.7, julho/1976, pg. 395-404
Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer
Networks, de Metcalfe e Boggs
Xerox, DEC e a Intel criaram um padrão para um
sistema Ethernet de 10 Mbps
Ethernet e IEEE802.3
características
Após a especificação IEEE802.3, Digital,
Intel e Xerox desenvolveram versão 2.0
(Ethernet II), compatível com IEEE 802.3
Atualmente, Ethernet e IEEE 802.3 detêm
quase 100% do mercado de redes locais
Embora concebidos para uso do CSMA/CD, hoje
praticamente somente se opera com switches com portas dedicadas UTP full duplex sem colisão
Neste cenário, as estações somente recebem os
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Quadro IEEE 802.3 Quadro Ethernet
Preâmbulo Endereço Destino Endereço Origem Tipo Dados CRC
8 6 6 2 46-1500 4
Delimitador de Início
Preâmbulo Endereço Destino Endereço Origem Tamanho Dados CRC
7 1 6 6 2 46-1500 4
formato do quadro
Quadro da Informação
quadro Ethernet XEROX (Ethernet II)
FCS 4 SA 6 Tipo 2 DADOS 46 a 1500 PAD DA 6 preâmbulo 8 bytes tipo do protocolo tipo do protocolo start of frame
start of frame delimiterdelimiter
Ethernet nativo não usa LLC
Ethernet nativo não usa LLC
•
•preâmbulo : preâmbulo : sincronizasincronizaçção do hardwareão do hardware
•
•tamanho total mtamanho total míínimo : 72 bytes nimo : 72 bytes -- 576 bits576 bits
•
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quadro IEEE 802.3
Quadro da Informação
SSAP
DSAP CONTROL INFO
PDU
PDU
LLC
LLC
U/L 46 bits
48 bits END MAC
48 bits END MAC I/G = 0/1 individual/grupoI/G = 0/1 individual/grupo
U/L = 1/0 universal/local
U/L = 1/0 universal/local
broadcast = todos os bits em 1
broadcast = todos os bits em 1
preâmbulo 7 bytes FCS 4 SA 6 LEN 2 INFO LLC 46 a 1500 PAD SFD 1 DA 6
PAD = complemento para
PAD = complemento para
tamanho m
tamanho míínimonimo
SNAP
Subnetwork Access Protocol
(Protocolo de Acesso à Sub-rede)
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Quadros Ethernet e IEEE 802.3
IEEE 802.3 substitui campo Tipo do quadro Ethernet pelo
campo Comprimento
Campo Tipo - usado para codificação EtherType
(apontava para protocolo de camada superior)
Uma incompatibilidade é criada entre padrão Ethernet e
Formato da PDU LLC (802.2)
Apenas 8 bits são usados para endereçamento dos SAPs
Dois primeiros bits reservados 0x00 e 0xFF também reservados
restando apenas 62 possibilidades de endereçamento
Cada protocolo de camada de rede deve possuir um SAP
(service access point) único correspondente
Protocolos oficialmente padronizados pelo IEEE 802
<DSAP> = <SSAP> = identificação do protocolo
Protocolos OSI
<DSAP> = <SSAP> = <FE>
Byte 1 da NPDU = NLPID (Network Layer Protocol Identifier) Problema: preciso aumentar a faixa de endereçamento
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Para que serve SNAP?
Criado para resolver o problema de
endereçamento
Consiste basicamente de uma extensão ao
cabeçalho LLC 802.2
Expansão do espaço de endereçamento SAP de
8 bits para um identificador de protocolo de 40
bits (5 bytes)
Estabeleceu-se uma convenção que permite o
PDU SNAP
SNAP usa os 5 primeiros bytes do campo de dados da PDU LLC
como identificador de protocolo
3 primeiros bytes identificam fabricante
2 últimos bytes identificam protocolo (EtherType)
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Convívio Ethernet / 802.3
Diferença entre quadros
Campo usado para Identificação do tipo de protocolo no
Ethernet é usado para indicar o comprimento do quadro no
IEEE 802.3
Problema
Garantir que quadros Ethernet não usarão valores de
EtherType que quadros 802.3 usarão para comprimento
Solução
Como quadro 802.3 é limitado a 1500 bytes, usa-se apenas valores de EtherType > 1500
Convívio Ethernet / 802.3
Conseqüência
Estação IEEE 802.3 descarta quadros com
valor de comprimento maior que 1500 (Quadro Ethernet)
Estação Ethernet descarta quadros com com
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Por fim o campo de dados deve ser copiado para o
campo de dados da PDU SNAP
Quadro IEEE 802.2
Delimitadorde Início
Preâmbulo Endereço Destino Endereço Origem Tamanho Dados Verificação do Quadro
7 1 6 6 2 46-1500 4
SAP DestinoSAP OrigemSAP Tipo Camada 3Dados da
1 1 1 ou 2
0x03
0xAA 0xAA Dados da
Camada 3 1 1 1 0x000000 ou OUI Tipo 3 2 SNAP
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QoS no Ethernet
IEEE 802.1Q/p
Tagged Protocol Identifier (TPID)
0x8100 denota quadro IEEE 802.1Q
Tagged Control Information (TCI)
3-bit de IEEE 802.1p (PRI)
1-bit CFI (canonical format identifier) 12-bit identificador de VLAN (VLAN ID)
PRI CFI VLAN ID
preâmbulo 7 bytes FCS 4 SA 6 LEN 2 TAG 4 SFD 1 DA 6 LLC ? TPID 2 TCI 2
VLANs
VLANs são redes virtuais implementadas sobre uma
estrutura física da LAN
Cada VLAN é como se fosse uma rede local separada,
confinando broadcast à própria VLAN
Entre VLANs é preciso rotear
A implementação da VLAN depende das switches Implementacão nas switches
Associar determinadas portas a uma VLAN Filtrar por end MAC
Quadro 802.1Q/p somente entre switches em geral Estações usam o quadro sem extensão
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Ethernet na rede de acesso
IEEE 802.3ah
Ethernet in the First Mile (EFM), padrão IEEE 802.3ah, define
o Ethernet na rede de acesso ou seja na primeira milha
EFM define como o Ethernet pode ser transmitido sobre
diferentes mídias
Pares de cobre (Voice-grade copper)
Novas interfaces para fio de cobre (EFMCu) permitem agregação opcional usando múltiplos pares
Ethernet over passive optical networks (EPON)
Fibra única para comprimento de onda longo (long wavelength single
fiber), bem como duas fibras (long wavelength dual-strand fiber) Fibra ponto-para-multiponto (Point-To-Multipoint - P2MP)
Outras questões envolvidas em EFM
Operação, administração e gerência, compatibilidade com
tecnologias já existentes (como espalhamento espectral sobre fios de cobre)
EFM – História
Grupo de trabalho IEEE 802.3ah estabelecido em
2001
Em paralelo formada a EFM Alliance (EFMA) por
fabricantes
Padrão EFM aprovado em 24 Jun 2004 e publicado
em 07 Sep 2004 as IEEE 802.3ah-2004
Em 2005 foi incluído dentro da base do padrão IEEE
802.3
EFMA absorvida pelo Metro Ethernet Forum
A partir de 2006, iniciado o trabalho no padrão 10
Gbps EPON (XEPON ou 10-GEPON)
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Novas Interfaces Ethernet
EFMC - EFM Copper
2BASE-TL (full duplex sobre par de cobre para
voz ponto a ponto distante)
Mínimo de 2 Mbps e um máximo de 5,69 Mbps em
distâncias de até 2,7 km, usando tecnologia ITU-T G.991.2 (G.SHDSL.bis)
10PASS-TS (full duplex sobre par trançado de
voz ponto a ponto curto)
Mínimo de 10 Mbps em distâncias de até 750 m
Novas Interfaces Ethernet
EFMF - EFM Fibra
100BASE-LX10
100 Mbps ponto a ponto sobre par de fibra monomodo até 10 km
100BASE-BX10
100 Mbps ponto a ponto sobre fibra única monomodo até 10 km
1000BASE-LX10
1 Gbp ponto a ponto sobre par de fibra monomodo até 10 km
1000BASE-BX10
1 Gbps ponto a ponto sobre fibra única monomodo até 10 km
EFM PON - EFM Passive Optical Network
1000BASE-PX10
Enlaces P2MP de 1 Gbps sobre rede ótica passiva até 10 km
1000BASE-PX20
Enlaces P2MP de 1 Gbps sobre rede ótica passiva até 20 km
Adicionalmente, definidos procedimentos de gerência e operação para
OAM para o enlace, incluindo descoberta.monitoração do enlace, indicador de falha remota, testes de loopback e banda variável