2 Tecnologias de redes locais

Redes de Computadores

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2 – Redes locais

Tecnologias de redes Locais

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Redes de Computadores

2.6 – Rede Ethernet

2.6 REDES locais

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™

IEEE 802 Normalizações LAN e o modelo OSI

9Modelo por camadas normalizado IEEE até ao nível 2 OSI (ligação de dados)

9Extende o serviço datagrama oferecido pela camada MAC

•Serviços HDLC do tipo Unacknowleged (LLC tipo1)

•Serviços HDLC do tipo orientado à ligação (LLC tipo2)

•Permite a troca de informação entre LAN’s com diferentes protocolos MAC

9Coordena o acesso ao meio partilhado

•Endereçaos computadores na rede (MAC Address)

•Providencia a transferência dos datagramas modo “connectionless”

•Não providenciam mecanismos de controlo de erros (Apenas verificam CRC)

•Mecanismos de controlo de erros e retransmissão

IEEE802 Normalizações LAN

¾

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Meios Físicos transmissão

¾

Meios físicos de transmissão

9Par entrançado

•A proximidade entre o cabo de sinal e a massa, leva a que o ruído devido a interferências electromagnéticas externas seja induzido em ambos os condutores, reduzindo o seu efeito na diferença do sinal

•O entrelaçamento dos cabos reduz a diafonia

Sem malha de protecção exterior –UTP – “Unshielded twisted pair”

Com malha de protecção exterior –STP – “Shielded twisted pair”

Balanceados

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TX+ TX-RX+ RX-NC NC NC

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¾

Meios físicos de transmissão

9Par entrançado

•Divisão em categorias UTP – Norma EIA-568-A

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2.6.1 – Rede Ethernet

2.6.1 Rede Ethernet

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¾

Rede Ethernet

9História

•Desenvolvida em meados dos anos 70 por Robert Metcalfe na XEROX para interligar estações de trabalho

•No início dos anos 80, foi completado um “standard” pela DEC, IBM e Xerox -

DIX

•1985–ethernet DIXfoi a base para o “standard”IEEE 802.3 (Diferem principalmente no cabeçalho da trama)

(

(http://http://www.ethermanage.com/ethernet/ethernet.htmlwww.ethermanage.com/ethernet/ethernet.html))

Primeiros desenhos de Robert Metcalfe No centro de pesquisa da Xerox de Palo Alto

•Relatório original da ethernet publicado no ACM http://www.acm.org/classics/apr96/

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¾

A camada física

9Normalização 802.3

9Várias configurações para camadas físicas existentes para as redes 802.3

Notação para as diferentes configurações físicas

<Débito Binário em Mbps><Tipo de sinalização><Tamanho máx. segmento em centenas de metro>

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¾

A camada física

Banda Base Codificação Manchester ou On OFF Banda Base Codificação

Manchester Banda Base Codificação

Manchester Banda Base Codificação

Manchester

Fibra óptica 850nm Par entrançado

Cabo Fino Coaxial 50 Ohm

Cabo Grosso Coaxial 50 Ohm 10BaseF 10Base-T 10Base2 10Base5 Especificações 802.3 a 10 Mbps

9Várias configurações para camadas físicas existentes para as redes 802.3

10Mbps

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9Normalização 802.3u – Ethernet a 100Mbps ou Fast Ethernet

Comprimento máx Segmento (m) Topologia Sinalização Meio Transmissão 100 2000 100 100 ESTRELA / PTP ESTRELA / PTP ESTRELA / PTP ESTRELA / PTP 8B6T-NRZ 4B5B-NRZI 4B5B-NRZI+MLT-3 4B5B-NRZI+MLT-3

UTP cat 3 4 pares (Voice

Grade)

Fibra Optica Multimodo Cabo UTP Cat 5 2 pares

Cabo STP 2 pares 100BASE-T4 100BASE-FX 100BASE-TX Especificações 802.3u a 100 Mbps

¾

A camada física

FastEthernet

- 100BASE-T4. Opera unicamente no modo HALF-DUPLEX - 100BASE-TX/FX. Operam em FULL-DUPLEX.

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9Normalização 802.3z – Ethernet a 1000Mbps ou Gigabit Ethernet

Especificações 802.3z a 1000 Mbps

¾

A camada física

GigabitEthernet

Cabo entrançado Cat. UTP Cabo Cobre com Malha

Fibra óptica monomodo Fibra óptica multimodo

1000BaseT 1000BaseCX 1000BaseLX (Long Wave) 1000BaseSX (Short Wave)

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¾

A camada física

9Normalização 802.3 –Ethernet

9Extensão do segmento

- Comprimento máximo do segmento = 500m (10BASE5) e 185m (10BASE2) - Pode ser estendido recorrendo a repetidores de sinal

- Os repetidores não isolam colisões nem broadcasts - Aumentam os atrasos de propagação do sinal

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¾

A camada física

9Normalização 802.3 – Ethernet

910BASET– Topologia em Estrela

Distância do HUB à Máquina máxima de 100m

<=100m

Fisicamente é um BUS, com 1 único domínio de colisão

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9Comutador Ethernet (Switch)

¾

A camada física

Switch Ehernet

9Permitem evitar completamente as colisões

9É um comutador de pacotes, para tramas Ethernet que actua ao nível 2 (MAC) do OSI - data link

9Cada porto é isolado, e cria o seu próprio domínio de colisão

HUB => 1 domínio de colisão

SWITCH => Vários domínios de colisão

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¾

Subcamada MAC – IEEE 802.3

SubCamada MAC

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™Controlo de acesso ao meio

¾

Subcamada MAC – IEEE 802.3

•Utilização CSMA-CD (modo 1-persistente do CSMA modificado. Espera 9.6uS antes

•Cada estação espera até o canal estar desocupado, envia os dados após 9.6us de espera

•Durante a transmissão a estação mantêm-se à escuta de colisões (CSMA/CD)

•Caso ocorra colisão, pára imediatamente de transmitir, envia sequência a reportar colisão (JAM)

•Caso não ocorra nenhuma colisão em e espera período aleatório de tempo 2x T_p, a estação captura o canal

de transmitir se o meio estiver livre – IFG ou Inter Frame Gap)

= 2x T

+ margem de segurança

Acesso ao meio

Ethernet 802.3 Slot Time

(2.69)

(2.69)

- O Slot Time limita o tamanho da trama, de modo a ser possível a detecção de colisões

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¾

Subcamada MAC – IEEE 802.3

™Algoritmo exponencial de Backoff (Truncated Exponential backoff)

•O tempo é seleccionado entre 0 e 2k −1 com k = min n

(

)

•Desiste após 16 colisões

•Após n Colisões espera um número aleatório entre 0

k Uniformemente distribuído entre n e 10

Algoritmo:

•Inicializa Slot Time = 2tp

•Após 1ª Colisão espera 0 ou 1 slot times

•Desiste após 16 colisõese 2

k_{-1 slot times}

- Algoritmo para cálculo do tempo que uma máquina espera para retransmitir

While Attempts < AttemptLimit K = min (Attempts, BackoffLimit)

Backoff delay = Random (0, 2K_{-1) x SlotTime}

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™

Diâmetro máximo da rede

A

A

¾

Subcamada MAC – IEEE 802.3

Diâmetro da rede

9Definidos para a norma mais restritiva: 10BASE5

95 Segmentos ligados por 4 repetidores

93 Segmentos com máquinas

91 domínio de colisão com 1024 máquinas

92 ligações ponto a ponto entre repetidores (sem máquinas)

C

C

S1 S2 S3 S4 S5

R1 R2 R3 R4

9Comprimento máximo do segmento S_n= 500m

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™

Diâmetro máximo da rede

•Tempo máximo de processamento na máquina:

25.6us, ou metade do Slot Time

(2.71)

(2.71)

¾

Subcamada MAC – IEEE 802.3

A

A

C

C

S1 S2 S3 S5

R1 R2 R3 R4

•Atraso de propagação máximo de cada repetidor:

•Atraso de propagação máximo de cada segmento: s vp d S t_{p n n} 2.5μ 10 2 500 8 ) ( = = = _× = •Tempo de bit = s Mbps t_b 0.1μ 10 1 = =

•Tempo de propagação total

s

s

s

s

M

R

S

t

=

5

+

4

+

2

=

5

×

2

.

5

μ

+

4

×

2

.

3

μ

+

2

×

1

.

1

μ

=

23

.

9

μ

s

M

=

1

.

1

μ

s

R

=

2

.

3

μ

•Margem de segurança: δ_s =3.4μs •Slot Time: 2t_p +δ_s = 51.2μs

•Tamanho mínimo de trama: s L Mbps s bit

R L t

T_x ≥ 2 _p +δ_s ⇔ ≥ 51.2μ ⇔ ≥10 ×51.2μ ≥ 512

(2.72)

(2.72)

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(2.70)

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•Limitação no tamanho máximo da trama MAC

•Caso uma estação capture o canal, garante-se que não haverá colisões, pelo que esta ocupará o canal só para si enquanto tiver dados para transmitir.

•É especificado um limite máximo de 1518 bytes(excluindo preâmbulo e SD) para 802.3

¾

Subcamada MAC – IEEE 802.3

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™Carga máxima teórica (aproximada) da rede

™

Diâmetro máximo da rede

•Atrasos aumentam drasticamente com a cargadevido às colisões

•Regra empírica de dimensionamento

•A carga médiana rede nunca deve exceder os 50% da capacidade, sendo boa prática apontar para valores de 30%

•O tempo de propagação tem a enorme impactono desempenho da rede ethernet

94 . 0 01 . 0 ⇒ _max = = ρ a 44 . 0 2 . 0 ⇒ _max = = ρ a 1 6.44a 1 max + ≈ ρ

™Atrasos médios na rede ethernet

Devido ao CSMA/CD

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™Estrutura da trama MAC

Estrutura da trama

TRAMA MAC IEEE 802.3

(10101010)7

Onda Quadrada para sincronismo

Octetos

Delimitador de trama

10101011

Endereçamento camada 2

Comp. Campo Informação

Informação CRC-32 Garante funcionamento

do CSMA/CD

™Notas:

•O tamanho da trama é variável de 64 a 1518 bytes excluindo preâmbulo e SD

•O tamanho o campo informação varia entre 46 e 1500 Bytes (Overhead = 18 bytes, exc. Preamb. e SD)

•O FCS é calculado sobre todos os campos excepto Preâmbulo, SD e FCS

¾

Subcamada MAC – IEEE 802.3

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Endereçamento

™Endereçamento

Endereço 48 bit

OUI

OUI

Host

Host

Number

Number

3 bytes 3 bytes

•Primeiros 3 octetos :OUI – Organizational Unique Identifier – Identifica o fabricante. Ex:

00-00-0C Cisco 02-60-8C 3Com

•Permite endereços ( 3 octetos) por

2

•Endereço Universal: Sequência de 6 octetos

(

(http://http://standards.ieee.org/regauth/oui/tutorials/lanman.htmlstandards.ieee.org/regauth/oui/tutorials/lanman.html))

¾

Subcamada MAC – IEEE 802.3

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™Representação dos endereços

•Forma não canónica ou binária

¾

Subcamada MAC – IEEE 802.3

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-O MAC é representado pela ordem de transmissão dos bits no meio físico

-O MAC é representado pela ordem dos bits em memória. Usada nas redes Ethernet 01-30-B6-01-00-9E

80-0C-6D-80-00-7A

•Passagem da forma canónica a não canónica: Troca do MSB e LSB de cada octeto

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•I/G bit – 1º bit (o mais à esquerda) na representação binária ou não canónica

™Endereçamento

-0 – Endereço Unicast-> Endereço único da placa do computador de destino

-1 – Endereço Multicast-> Endereço atribuído para uma aplicação multicast. Identifica um grupo de computadores de destino

•U/L bit – 2º bit (o mais à esquerda) na representação binária ou não canónica

-0 – Endereço Universal -> O adaptador de rede usa o seu MAC Address em ROM

-Significado apenas como Endereço de Destino

-Endereço Broadcast -> Endereço que significa “Todas as estações” representado pelos 6 bit a “1” Hexa: FF-FF-FF-FF-FF-FF

¾

Subcamada MAC – IEEE 802.3

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9

2.6 Redes Locais

¾Resumo

•Normalização IEEE 802

•Meios Físicos de transmissão

•Rede ethernet

•Nota histórica

•Subcamada MAC IEEE 802.3

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•IEEE 802.3

•DIX

•IEEE 802.3u Fast Ethernet

•IEEE 802.3z GIgabit Ethernet

•Hubs e Switches

•Acesso ao meio

•Diâmetro da rede

•Estrutura da trama

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¾

¾

Referências

Referências

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9

9LeonLeonGarcia Garcia ––CommunicationCommunicationNetworksNetworks, Cap. VI , Cap. VI

9

9StallingsStallings––Data Data andandComputerComputercommunicationscommunicationsCap. XV (LANCap. XV (LAN’’s)s)

9

9TannembaumTannembaum––ComputerComputerNetworksNetworksCap.IV (Cap.IV (MediumMediumAcessAcessControlControlSublayerSublayer))

9

9HALSALL HALSALL ––Data Data communicationscommunications, , ComputerComputerNetworksNetworksandandOpenOpenSystemsSystems(Cap. VI LAN (Cap. VI LAN ProtocolsProtocols))

9

9SpurgeonSpurgeon––EthernetEthernetTheThedefinitivedefinitiveGuideGuide((CapCapI, II, IV, V)I, II, IV, V)

9

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FIM

FIM

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