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RCO2RCO2
Redes Locais (LANs):Redes Locais (LANs):Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
Conjunto de Conjunto de padrões no padrões no escopo das escopo das camadas de camadas de enlace e físicaenlace e física
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
Exemplos de padrões partes da arquitetura Exemplos de padrões partes da arquitetura IEEE 802:IEEE 802:
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
Alguns padrões da família IEEE 802:Alguns padrões da família IEEE 802:
802.2 – LLC802.2 – LLC
802.3 – Equivalente ao Ethernet 10 Mbps802.3 – Equivalente ao Ethernet 10 Mbps
802.3u – Fast Ethernet802.3u – Fast Ethernet
802.3z – Gigabit Ethernet802.3z – Gigabit Ethernet
802.1 – Interconexão e gerenciamento de LANs e 802.1 – Interconexão e gerenciamento de LANs e MANsMANs
802.1q – VLAN tagging802.1q – VLAN tagging
802.1p – Priorização de tráfego802.1p – Priorização de tráfego
802.1d – Interconexão de LANs e Spanning Tree802.1d – Interconexão de LANs e Spanning Tree
802.1x – Controle de acesso baseado em porta802.1x – Controle de acesso baseado em porta
Mais em Mais em http://standards.ieee.org/getieee802/http://standards.ieee.org/getieee802/
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
Camada Física (PHY):Camada Física (PHY): CodificaçãoCodificação Geração de preâmbulo (para sincronização)Geração de preâmbulo (para sincronização) Transmissão e recepção de bitsTransmissão e recepção de bits Meio físico e topologiaMeio físico e topologia
Camada de Enlace: Camada de Enlace: Subcamada de acesso ao meio (MAC)Subcamada de acesso ao meio (MAC)
Especificação do formato de quadroEspecificação do formato de quadro EndereçamentoEndereçamento Controle de acesso ao meio (MAC)Controle de acesso ao meio (MAC)
Subcamada LLCSubcamada LLC Controle de erro e fluxo (na prática não usados)Controle de erro e fluxo (na prática não usados) Interface para camadas superioresInterface para camadas superiores
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
LLC: Link Layer ControlLLC: Link Layer Control Protocolo de enlace baseado no HDLCProtocolo de enlace baseado no HDLC ServiçosServiços::
Não-conectado e não-confirmado:Não-conectado e não-confirmado: sem sem garantia de entrega de quadrosgarantia de entrega de quadros
Conectado:Conectado: implica controle de erros e de implica controle de erros e de fluxo, com estabelecimento prévio do enlacefluxo, com estabelecimento prévio do enlace
Não-conectado e confirmado:Não-conectado e confirmado: não necessita não necessita de estabelecimento prévio de enlacede estabelecimento prévio de enlace
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
Quadro MAC com PDU LLC:Quadro MAC com PDU LLC:
Mas LLC na prática não é usado ! Em LANs Mas LLC na prática não é usado ! Em LANs cabeadas, o quadro MAC assim se resume ao cabeadas, o quadro MAC assim se resume ao quadro Ethernet:quadro Ethernet:
ou “Ether Type”
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
Exemplo de quadro e Exemplo de quadro e PDUs de protocolos PDUs de protocolos de camadas de camadas superioressuperiores
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3 e variações (ou “Ethernet”):IEEE 802.3 e variações (ou “Ethernet”): Padrões para LANs cabeadas Ethernet: nome de uma rede concebida na Xerox
por Robert Metcalfe e outros entre 1973 e 1975 Metcalfe pensou em uma rede capaz de
conectar centenas de equipamentos a altas velocidades, tipicamente dentro de um edifício.
Transformada em padrão em 1980 por DEC, Xerox e Intel, junto com a IEEE
Competia então com Token Ring e Token Bus Após discussões e aperfeiçoamentos, tornou-se
base para o padrão IEEE 802.3 em 1982
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3 e variações (ou “Ethernet”):IEEE 802.3 e variações (ou “Ethernet”): Diagrama originalmente feito por Metcalfe em
1976, para apresentar a Ethernet em uma conferência
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3 e variações (ou “Ethernet”):IEEE 802.3 e variações (ou “Ethernet”): Transmissão simplificada em uma rede
Ethernet
Usa-se endereçamento:Usa-se endereçamento: Quadros contêm endereços de origem e destinoQuadros contêm endereços de origem e destino Todas estações recebem o quadroTodas estações recebem o quadro Apenas destinatário o copia e repassa para camada Apenas destinatário o copia e repassa para camada
superiorsuperior
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IEEE 802.3 e variações (ou “Ethernet”):IEEE 802.3 e variações (ou “Ethernet”): Três gerações de redes Ethernet:
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IEEE 802.3 (Ethernet):IEEE 802.3 (Ethernet): Originalmente uma rede a 10 Mbps e meio
compartilhado (topologia em barramento) Codificação usada: Manchester Meios físicos:
10base5: Cabo coaxial grosso (500 m) 10base2: Cabo coaxial fino (185 m) 10baseT: Par-trançado (100 m,topologia estrela) 10baseFL: Fibra ótica (2km, topologia estrela)
Alcances máximos extensíveis com repetidores ou hubs
Máximo de 4 repetidores
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3 (Ethernet): camada PHYIEEE 802.3 (Ethernet): camada PHY
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IEEE 802.3 (Ethernet):IEEE 802.3 (Ethernet): Placa de rede e cabo para 10base2:
Uma placa de rede (NIC) com conector BNC, para
10base2
Cabo coaxial fino com conector BNC
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3 (Ethernet):IEEE 802.3 (Ethernet): Placa de rede e cabo para 100baseT:
Uma placa de rede (NIC) 100baseT
Cabo TP com conector RJ-45
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3 (Ethernet):IEEE 802.3 (Ethernet): Switch 10/100baseT:
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3 e variações:IEEE 802.3 e variações: Domínio de colisão: conjunto de estações cujas
transmissões são capazes de colidirem entre si. Pode ser dividido em segmentos com o uso de
bridges (pontes) ou switches
Cada Cada segmento é segmento é um novo um novo domínio de domínio de colisãocolisão
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3 e variações:IEEE 802.3 e variações: Domínio de broadcast: conjunto de estações que
recebem respectivos quadros enviados em broadcast.
Bridges e switches repetem esses quadros por todos os segmentos
Domínios de Domínios de colisão na colisão na figura b) figura b) também também formam um formam um domínio de domínio de broadcastbroadcast
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 e variações: Ethernet comutada (switched Ethernet)
Cada estação forma um domínio de colisão separado
A banda é dividida entre switch e estação, e não mais entre as N estações
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 e variações: Ethernet comutada (switched Ethernet)
Comparação entre uso de hub e de switch
Uso de hub Uso de switch
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 e variações: Ethernet full-duplex Em Ethernet comutada, torna-se possível operação
em full-duplex Estações podem então receber e transmitir ao
mesmo tempo (precisam no entanto de dois links)
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 e variações: Ethernet full-duplex Em modo full-duplex, o CSMA/CD torna-se
desnecessário ! Para cada estação, o meio para envio é
dedicado (sem risco de colisão, portanto). Assim, não é mais necessário ouvir a
portadora, ou detectar colisões ...
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3u (Fast Ethernet):IEEE 802.3u (Fast Ethernet): rede a 100 Mbps Proposto em 1995 Mantém MAC para compatibilidade com 802.3 Agrega capacidade de auto-negociação
Negocia automaticamente taxa de transmissão e modo duplex
Torna-se capaz portanto de operar a 10 Mbps ou 100 Mbps, half ou full-duplex
Inclui modificações nos componentes físicos (PHY)
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3u (Fast Ethernet):IEEE 802.3u (Fast Ethernet): rede a 100 Mbps Camada PHY:
RS: Subcamada de Reconciliação✔ Passagem de dados a 4 bits para a MII
MII: Opera a 10 ou 100Mbps Comunicação a 4 bits
entre PHY e RS Funções de
gerenciamento
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3u (Fast Ethernet):IEEE 802.3u (Fast Ethernet): rede a 100 Mbps Meios físicos:
100baseTX: Par-trançado dois pares (codificação 4B5B e MLT-3), alcance de 100 m
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3u (Fast Ethernet):IEEE 802.3u (Fast Ethernet): rede a 100 Mbps
MLT-3: bit como presença ou ausência de MLT-3: bit como presença ou ausência de transiçãotransição
MLT-3 alterna de -1 a 0 a +1, volta a 0, depois MLT-3 alterna de -1 a 0 a +1, volta a 0, depois para -1, prosseguindo indefinidamentepara -1, prosseguindo indefinidamente
Um zero é codificado como uma interrupção Um zero é codificado como uma interrupção nessa progressão. nessa progressão.
11101F
11100E
11011D
……
101002
010011
111100
4B5B
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3u (Fast Ethernet): IEEE 802.3u (Fast Ethernet): Rede a 100 Mbps Meios físicos:
100baseT4: Par-trançado 4 pares (codificação 8B6T), alcance de 100 m
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3u (Fast Ethernet):IEEE 802.3u (Fast Ethernet): Meios físicos (cont.):
100baseFX: Fibra ótica (codificação 4B5B e NRZI), alcance de 400 m.
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3u (Fast Ethernet):IEEE 802.3u (Fast Ethernet): Meios físicos (cont.):
100baseSX: Fibra ótica (menor custo, menor distância), alcance de 300 m.
100baseBX: Fibra ótica (uma fibra com divisão por frequência para RX e TX), alcance de 10,20 ou 40 km.
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3u (Fast Ethernet):IEEE 802.3u (Fast Ethernet): rede a 100 Mbps Auto-negociação: baseada em FLP (Fast Link
Pulses) Pulsos enviados por dispositivos quando não
recebem ou transmitem dados Sequências de até 33 pulsos unipolares,
positivos, com duração de 100 ns cada
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3u (Fast Ethernet):IEEE 802.3u (Fast Ethernet): rede a 100 Mbps Há 17 pulsos separados por 125 µs (tolerância de
14 µs) Entre cada par de pulsos pode ou não existir um
outro pulso Presença de pulso intermediário = bit 1 Ausência de pulso intermediário = bit 0
Assim, cada FPS contém uma palavra de 16 bits (LCW – Link Code Word)
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3u (Fast Ethernet):IEEE 802.3u (Fast Ethernet): LCW - Link Code Word:
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet): IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet): Rede a 1 Gbps Proposto em 1998. Meios físicos:
1000baseT: Par-trançado 4 pares, codificação TCM-4, alcance de 100m.
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet): IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet): Rede a 1 Gbps Meios físicos:
1000baseLX: Fibra ótica, alcance de 5 km. 1000baseSX: Fibra ótica (menor custo, menor
distância), alcance de 550 m.
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3aX (10 Gigabit Ethernet): IEEE 802.3aX (10 Gigabit Ethernet): Rede a 10 Gbps
Padrões propostos a partir de 2002 Operação somente em modo full-duplex e com
switches Acesso ao meio prescinde de CSMA/CD ! Múltiplos PHY, porém ainda não está claro
quais terão maior aceitação ...
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3aX (10 Gigabit Ethernet): IEEE 802.3aX (10 Gigabit Ethernet): Rede a 10 Gbps
MúltiplosPHY
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3aX (10 Gigabit Ethernet): IEEE 802.3aX (10 Gigabit Ethernet): Rede a 10 Gbps Codificação usada (10GbaseT): PAM-16
Comparação entre níveis de tensão para MLT-3 (100baseT), PAM-5 (1000baseT) e PAM-16 (10GbaseT)
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3aX (10 Gigabit Ethernet): IEEE 802.3aX (10 Gigabit Ethernet): Rede a 10 Gbps
Switch e NIC
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 e variações: subcamada MAC CSMA/CD MAC é o mesmo para diferentes gerações (802.3,
802.3u, 802.3z)
Visão funcional da subcamada MAC contida na norma IEEE 802.3
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 e variações: subcamada MAC CSMA/CD Tabela de parâmetros
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 e variações: subcamada MAC CSMA/CD
Fluxograma para transmissão de quadro
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 e variações: subcamada MAC CSMA/CD Exemplo de ocorrência de colisão
Ao detectarem a colisão, as estações envolvidas aplicam um procedimento de resolução de conflito
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802Meio ocioso por 9.6 us ... inicia transmissão
Meio ocioso...inicia transmissão
colisão
Colisãodetectada
Jam com 32 bits 1
Jam com 32 bits 1
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 e variações: subcamada MAC CSMA/CD Quando colisão é detectada, as estações envolvidas:
Enviam um sinal de jam por 32 tempos de bit Incrementam o contador de tentativas de
transmissão Sorteiam um tempo de espera dado por:
0r2k
k=minn ,10r∈ℕ
r: tempo de espera (quantidade de tempos de slot)n: contador de tentativas de transmissão de um mesmo
quadro (máximo: 16 tentativas)
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 e variações: subcamada MAC CSMA/CD Lembrando que tempo de slot é duas vezes o tempo
para sinal percorrer todo o meio de transmissão (no pior caso)
No padrão IEEE 802.3, tempo de slot = 9.6 µs
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
IEEE 802.3 e variações: IEEE 802.3 e variações: subcamada MAC CSMA/CD
Fluxograma para recepção de quadro
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Arquitetura IEEE 802Arquitetura IEEE 802
Referências:
Padrão IEEE 802.3 seções 1 a 5 (ver
http://www.sj.ifsc.edu.br/~msobral/RCO2/docs.html)
Andrew Tanenbaum. Redes de Computadores 3a ed. Capítulo 4