Redes de Computadores 1/27 Rui Silva Responsável: Data: Pág.: 2007 / 2008 Versão 1.0 2 – Redes locais Tecnologias de redes Locais Tecnologias de redes Locais 2 – Tecnologias de redes locais
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1/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
2 – Redes locaisTecnologias de redes LocaisTecnologias de redes Locais
2 – Tecnologias de redes locais
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2/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
2.6 – Rede Ethernet
2.6 REDES locaisTecnologias de redes LocaisTecnologias de redes Locais
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1.0
IEEE 802 Normalizações LAN e o modelo OSIModelo por camadas normalizado IEEE até ao nível 2 OSI (ligação de dados)
Extende 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
Coordena o acesso ao meio partilhado•Endereça os 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 LANRedes Locais
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1.0
Meios Físicos transmissãoMeios físicos de transmissão
Par 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-
NCNC
NCNC
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1.0
Meios físicos de transmissãoPar entrançado
•Divisão em categorias UTP – Norma EIA-568-A
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1.0
2.6.1 – Rede Ethernet
2.6.1 Rede EthernetTecnologias de redes LocaisTecnologias de redes Locais
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7/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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Rede EthernetHistória•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 operando a 10 Mbpssobre cabo coaxial
•1985–ethernet DIX foi 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/
Tecnologias de redes LocaisTecnologias de redes LocaisHistória -DIX
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8/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
A camada físicaNormalização 802.3
Várias 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>
Tecnologias de redes LocaisTecnologias de redes LocaisIEEE 802.3 Ethernet Notação
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9/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
A camada físicaNormalização 802.3 – Ethernet a 10 Mbps
Nós por segmento
Comprimento máxSegmento (m)
Topologia
Sinalização
Meio Transmissão
33-30100
2000100185500
Ponto a pontoESTRELABUSBUS
Banda Base Codificação Manchester ou On OFF
Banda Base Codificação Manchester
Banda Base Codificação Manchester
Banda Base Codificação Manchester
Fibra óptica 850nmPar entrançadoCabo Fino Coaxial 50 Ohm
Cabo Grosso Coaxial 50 Ohm
10BaseF10Base-T10Base210Base5
Especificações 802.3 a 10 Mbps
Várias configurações para camadas físicas existentes para as redes 802.3
10MbpsTecnologias de redes LocaisTecnologias de redes Locais
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10/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
Normalização 802.3u – Ethernet a 100Mbps ou Fast Ethernet
Comprimento máxSegmento (m)
Topologia
Sinalização
Meio Transmissão
1002000100100
ESTRELA / PTPESTRELA / PTPESTRELA / PTPESTRELA / PTP
8B6T-NRZ4B5B-NRZI4B5B-NRZI+MLT-34B5B-NRZI+MLT-3
UTP cat 3 4 pares (VoiceGrade)
Fibra Optica MultimodoCabo UTP Cat 5 2 paresCabo STP 2 pares
100BASE-T4100BASE-FX100BASE-TX
Especificações 802.3u a 100 Mbps
A camada física
FastEthernet
- 100BASE-T4. Opera unicamente no modo HALF-DUPLEX- 100BASE-TX/FX. Operam em FULL-DUPLEX.
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11/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
Normalização 802.3z – Ethernet a 1000Mbps ou Gigabit Ethernet
Especificações 802.3z a 1000 Mbps
A camada física
GigabitEthernet
8B10B8B10B8B10B8B10BSinalização
Comprimento máxSegmento (m)
Topologia
Meio Transmissão
100m25m5 Km550m
ESTRELAESTRELAESTRELAESTRELA
Cabo entrançado Cat. UTPCabo Cobre com MalhaFibra óptica monomodoFibra óptica multimodo
1000BaseT1000BaseCX1000BaseLX (Long Wave)
1000BaseSX (Short Wave)
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12/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
A camada físicaNormalização 802.3 –Ethernet
Extensão 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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13/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
A camada físicaNormalização 802.3 – Ethernet
10BASET– 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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HUB (Concentrador de rede)
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14/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
Comutador Ethernet (Switch)A camada física
Switch Ehernet
Permitem evitar completamente as colisõesÉ um comutador de pacotes, para tramas Ethernet que actua ao nível 2 (MAC) do OSI - data linkCada porto é isolado, e cria o seu próprio domínio de colisão
HUB => 1 domínio de colisãoSWITCH => Vários domínios de colisão
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15/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
Subcamada MAC – IEEE 802.3
SubCamada MACTecnologias de redes LocaisTecnologias de redes Locais
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16/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
Controlo de acesso ao meioSubcamada 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 2x Tp, a estação captura o canale espera período aleatório de tempo
de transmitir se o meio estiver livre – IFG ou Inter Frame Gap)
= 2x Tp + 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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17/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
Subcamada MAC – IEEE 802.3Algoritmo exponencial de Backoff (Truncated Exponential backoff)
•O tempo é seleccionado entre 0 e 12 −k com ( )10,min nk = n nº de retransmissõese
•Não aumenta o tempo após 10ª retransmissão•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 2k-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
Tecnologias de redes LocaisTecnologias de redes LocaisExponential Backoff
após uma colisão de tramas
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18/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
Diâmetro máximo da rede
AA
BB
Subcamada MAC – IEEE 802.3
Diâmetro da rede
Definidos para a norma mais restritiva: 10BASE5
5 Segmentos ligados por 4 repetidores
3 Segmentos com máquinas1 domínio de colisão com 1024 máquinas2 ligações ponto a ponto entre repetidores (sem máquinas)
CC
S1 S2 S3 S4 S5
R1 R2 R3 R4
Comprimento máximo do segmento Sn = 500m
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19/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
Diâmetro máximo da rede
•Tempo máximo de processamento na máquina:
25.6us, ou metade do Slot Time
(2.71)(2.71)
Subcamada MAC – IEEE 802.3AA CC
S1 S2 S3 S5
R1 R2 R3 R4
•Atraso de propagação máximo de cada repetidor:
•Atraso de propagação máximo de cada segmento: svpdSt nnp μ5.2
102500
8)( =×
===
•Tempo de bit = sMbps
tb μ1.010
1==
•Tempo de propagação total
ssssMRSt nnnp μμμμ 9.231.123.245.25245 =×+×+×=++=
sM n μ1.1=sRn μ3.2=
•Margem de segurança: ss μδ 4.3= •Slot Time: st sp μδ 2.512 =+
•Tamanho mínimo de trama: bitsMbpsLsRLtT spx 5122.51102.512 ≥×≥⇔≥⇔+≥ μμδ (2.72)(2.72)
Tecnologias de redes LocaisTecnologias de redes Locais Cálculo diâmetro máximo da rede
(2.70)(2.70)
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20/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
•Limitação no tamanho máximo da trama MAC•Caso uma estação capture o canal, garante-se que não haverá colisões, pelo que esta ocuparáo canal só para si enquanto tiver dados para transmitir.
•É especificado um limite máximo de 1518 bytes (excluindo preâmbulo e SD) para 802.3
Subcamada MAC – IEEE 802.3Tecnologias de redes LocaisTecnologias de redes Locais
Carga máxima teórica (aproximada) da rede
Diâmetro máximo da rede
•Atrasos aumentam drasticamente com a carga devido às colisões
•Regra empírica de dimensionamento •A carga média na rede nunca deve exceder os 50% da capacidade, sendo boa prática apontar para valores de 30%•Para segmentos de 10Mbps tenho uma carga efectiva de 3Mbps
•O tempo de propagação tem enorme impacto no desempenho da rede etherneta94.001.0 max =⇒= ρa
44.02.0 max =⇒= ρa a44.611
max +≈ρ
Atrasos médios na rede ethernet
Devido ao CSMA/CD
•Análise matemática dos atrasos virtualmente impossível
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21/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
Estrutura da trama MAC
Estrutura da trama
TRAMA MAC IEEE 802.3
(10101010)7
Onda Quadrada para sincronismo
Octetos
Delimitador de trama10101011
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
Subcamada MAC – IEEE 802.3Tecnologias de redes LocaisTecnologias de redes Locais
•Polinómio gerador:
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22/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
Endereçamento
Endereçamento
Endereço 48 bit
OUIOUI HostHost NumberNumber
3 bytes 3 bytes
•Primeiros 3 octetos :OUI – Organizational Unique Identifier – Identifica o fabricante. Ex: 00-00-0C Cisco02-60-8C 3Com
•Permite endereços ( 3 octetos) por OUI (Pode haver vários OUI por fabricante)242
Endereço universal
•Endereço Universal: Sequência de 6 octetos
((http://http://standards.ieee.org/regauth/oui/tutorials/lanman.htmlstandards.ieee.org/regauth/oui/tutorials/lanman.html))
Subcamada MAC – IEEE 802.3Tecnologias de redes LocaisTecnologias de redes Locais
•Endereço MAC (MAC Address)
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23/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
Representação dos endereços
•Forma canónica ou hexadecimal
•Forma não canónica ou binária
Subcamada MAC – IEEE 802.3Tecnologias de redes LocaisTecnologias de redes Locais
- 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
Usado nas redes Token Ring e FDDI
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24/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
•I/G bit – 1º bit (o mais à esquerda) na representação binária ou não canónicaEndereçamento
- 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- 1 – Endereço Administrado Localmente -> O endereço pode ser alterado pelo administrador: Poderão surgir endereços duplicados
- 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
Subcamada MAC – IEEE 802.3Tecnologias de redes LocaisTecnologias de redes Locais
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25/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
2.6 Redes LocaisResumo
•Introdução•Normalização IEEE 802•Meios Físicos de transmissão•Rede ethernet
•Nota histórica
•Subcamada MAC IEEE 802.3
Tecnologias de redes LocaisTecnologias de redes Locais
•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•Endereçamento
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26/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
ReferênciasReferências
Tecnologias de redes LocaisTecnologias de redes Locais
LeonLeon Garcia Garcia –– CommunicationCommunication NetworksNetworks, Cap. VI , Cap. VI
StallingsStallings –– Data Data andand ComputerComputer communicationscommunications Cap. XV (LANCap. XV (LAN’’s)s)TannembaumTannembaum –– ComputerComputer NetworksNetworks Cap.IV (Cap.IV (MediumMedium AcessAcess ControlControl SublayerSublayer))
HALSALL HALSALL –– Data Data communicationscommunications, , ComputerComputer NetworksNetworks andand OpenOpen SystemsSystems (Cap. VI LAN (Cap. VI LAN ProtocolsProtocols))SpurgeonSpurgeon –– EthernetEthernet TheThe definitivedefinitive GuideGuide ((CapCap I, II, IV, V)I, II, IV, V)GilbertGilbert –– EthernetEthernet NetworksNetworks, Design, , Design, ImplementationImplementation, , OperationOperation andand ManagementManagement ((CapCap III, IV)III, IV)
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27/27Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:
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1.0
FIMFIM
Tecnologias de redes LocaisTecnologias de redes Locais