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A P Ê N D I C E
1 Entendendo Ethernet
1.1 Introdução
A imensa maioria das redes locais no mundo utiliza a tecnologia Ethernet. Inicia- mos a breve apresentação dessa tecnologia perguntando: qual é o problema que a Ethernet tenta resolver? Em 1973, quando Bob Metcalfe da Xerox inventou a Ether- net, sua motivação era conectar estações de trabalho avançadas entre si e com im- pressoras laser em alta velocidade. Nessa época, conexões entre computadores eram possíveis, mas utilizando apenas baixas taxas de transmissão. A revolução proporcionada pela invenção de Metcalfe foi permitir a comunicação em alta velo- cidade, a um custo relativamente baixo. Por “alta velocidade”, entende-se uma taxa de transmissão maior que 1 Mbps, considerada alta na época. Hoje, é corriqueiro utilizar Ethernet a velocidades de 100 Mbps e 1 Gbps (1000 Mbps) e a versão com velocidade de 10 Gbps está no forno. Por outro lado, o atributo de alta velocidade da tecnologia impôs uma restrição de alcance: só seria possível conectar equipamentos que estivessem distantes um do outro de, no máximo, algumas centenas de metros. Nascia a Rede Local.
1.1.1 A evolução da Ethernet
Embora os princípios de operação sejam os mesmos, existem muitas variações da tecnologia Ethernet. Três necessidades levaram à existência dessas variações: maior velocidade , melhor facilidade de uso e padronização. Analisaremos mais detalhada- mente as variações da tecnologia Ethernet numa seção posterior; por enquanto, ex- pliquemos as forças que motivaram o aparecimento das variações. Três Mbps (a velocidade original da Ethernet de Metcalfe) era considerada uma velocidade alta em 1973, mas o crescimento do uso de redes fez com que velocida-
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des cada vez maiores fossem necessárias para carregar o tráfego de aplicações mo- dernas. Hoje em dia, usuários navegam na Internet, participam de videoconferênci- as, recebem fluxos de áudio etc., necessitando de maior velocidade nas redes locais. Um outro exemplo demonstra claramente a necessidade de redes locais de maior velocidade: a tecnologia de discos mudou muito de 1973 para cá. Há trinta anos, o acesso a um disco remoto teria como gargalo a velocidade do próprio disco. Hoje, os discos são muito mais rápidos e o acesso a um disco remoto satura uma rede de 10 Mbps, velocidade ainda largamente utilizada em redes locais. Ao longo das últi- mas três décadas, a tecnologia Ethernet tem sido oferecida em velocidades de 1Mbps, 3 Mbps, 10 Mbps, 100 Mbps e 1 Gbps (1000 Mbps). Parcialmente em con- seqüência do aumento de velocidade, várias mídias físicas têm sido utilizadas para carregar tráfego Ethernet: cabos coaxiais grossos, cabos coaxiais finos, vários tipos de pares trançados e fibra óticas.
A segunda força que impeliu mudanças na tecnologia Ethernet diz respeito à fa- cilidade de uso e custo. O Ethernet original usava um cabo coaxial grosso com duas desvantagens: primeiro, era de difícil instalação; segundo, o cabo coaxial corria de equipamento em equipamento, fazendo com que qualquer interrupção no cabo re- sultasse na parada total da rede inteira. Para mitigar esses efeitos, outras mídias fo- ram utilizadas. Primeiro o cabo coaxial fino, facilmente dobrável, resolveu a ques- tão de instalação. Segundo, para resolver a questão de interrupção na mídia, cri- ou-se um equipamento chamado repetidor, ao qual todos os equipamentos se co- nectariam através de um par trançado. Dessa forma, a interrupção de sinal em um par trançado só afetaria a comunicação com um equipamento e não na rede inteira. Para possibilitar velocidades mais altas, várias “categorias” de pares trançados po- dem ser utilizadas. Finalmente, a mídia de fibra ótica foi introduzida para permitir maiores distâncias, maiores velocidades e devido à sua imunidade a ruídos.
A terceira força motriz da mudança na tecnologia Ethernet é a padronização. A Xerox patenteou Ethernet em 1978. Porém, para promover seu uso mais massifica- do, a Xerox se aliou à DEC e à Intel em 1980 para formar o padrão Ethernet de 10 Mbps chamado “DIX”. Num esforço paralelo, o IEEE estava, na mesma época, pa- dronizando tecnologias de redes locais e metropolitanas sob o número 802. A tec- nologia Ethernet foi padronizada em 1985 pelo IEEE sob padrão número 802.3. Infelizmente, o padrão DIX e o padrão IEEE 802.3 são ligeiramente diferentes. Com o tempo, outros padrões foram criados para acomodar velocidades crescentes e mí- dias variadas. Numa seção posterior, discutiremos a questão das variações do Ethernet mais detalhadamente.
1.2 Princípios de operação
Esta seção descreve alguns princípios de operação da tecnologia Ethernet. Tais princípios serão de valia para o administrador de rede na sua tarefa diária de geren- ciar redes locais.
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64 bits 48 bits 48 bits 16 bits 46 a 1500 bytes 32 bits
Preâmbulo Endereço destino
Endereço de origem
Tipo Dados Sequência de verificação de quadro
FIGURA A1-1: O quadro Ethernet.
O conhecimento da organização do quadro não é importante para o adminis- trador de rede. Nosso objetivo é de destacar os seguintes pontos:
n (^) O quadro contém os endereços físicos (MAC) das estações de origem e de des- tino do quadro. Portanto, Ethernet estabelece comunicação quadro-a-quadro, sem necessidade de estabelecer conexões prévias entre as estações. n (^) Ao transportar pacotes IPv4, o campo “Tipo” receberá o valor hexadecimal 0x0800; para IPv6, o tipo é 0x86DD; para ARP, é 0x0806. Outros valores possíveis podem ser verificados em http://www.iana.org/assignments/ether- net-numbers. n (^) O tamanho mínimo do quadro (sem incluir o preâmbulo) é de 64 bytes e o ta- manho máximo é de 1518 bytes. n (^) O quadro possui um campo de verificação (chamado Frame Check Sequence - FCS ou Cyclic Redundancy Check - CRC), que permite que a estação destino detecte erros na transmissão. Ethernet utiliza um protocolo (MAC) do tipo “melhor esforço”, o que significa que, embora detecte erros, sua recuperação é deixada para protocolos de níveis superiores (TCP, por exemplo).
1.2.3 O Protocolo MAC
Conceitualmente, uma rede Ethernet simples consiste de um barramento único que todas as estações querem acessar para realizar suas transmissões.^2 Como esse meio é único e compartilhado, apenas uma estação pode transmitir (a comunicação é half-duplex ). Deve, portanto, haver uma forma de organizar os acessos tal que cada estação possa, eventualmente, transmitir um quadro. O protocolo que realiza esse controle chama-se Media Access Control (MAC). Ethernet usa um mecanismo bastante simples para realizar o acesso; esse meca- nismo recebeu o nome de Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA-CD) ou Acesso Múltiplo Usando Detecção de Portadora e Detecção de Co- lisão e funciona da seguinte maneira: quando uma estação^3 quer transmitir infor- mação no meio compartilhado, ela espera até verificar que a portadora do meio está
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(^2) Discutiremos redes Ethernet mais complexas mais adiante neste capítulo. (^3) Na realidade, é a placa de rede, ou Network Interface Card – NIC, da estação que implementa o protoco- lo MAC.
ausente; isso indica que ninguém está transmitindo neste momento. Ela então ini- cia sua transmissão. Como outra estação pode ter tomado a mesma decisão, é possí- vel que haja uma colisão , em que as transmissões interferem uma com a outra, em- baralhando a informação no meio. Cada estação detecta a colisão e pára de transmi- tir. As estações esperam, então, um certo tempo aleatório antes de tentar novamen- te. Eventualmente, cada estação poderá transmitir sem interferência das demais. É importante observar que colisões são eventos absolutamente normais numa rede Ethernet, embora um excesso de colisões possa diminuir sensivelmente o de- sempenho da rede.
1.2.4 Ethernet full-duplex
O protocolo CSMA-CD descrito na seção anterior permite acesso múltiplo ao meio, resultando em comunicação half-duplex : não há transmissões simultâneas no meio. Sob certas circunstâncias, é possível operar em modo full-duplex , com duas estações transmitindo simultaneamente. Isso é possível sempre que a configuração da rede permitir que no máximo duas fontes possam transmitir no meio ao mesmo tempo. A Figura A1-2 mostra situações como isso pode ser assegurado.
FIGURA A1-2: Comunicação full-duplex.
Nos três casos exibidos na figura, o enlace estabelece uma comunicação pon- to-a-ponto entre equipamentos. Observe que nenhum repetidor pode estar envol- vido, já que este permitiria que mais de uma estação transmitisse no meio com- partilhado.
5 Melhores Práticas para Gerência de Redes de Computadores
Estação de Trabalho Estação de Trabalho
Estação de Trabalho
Comutador
Comutador Comutador
Comunicação full-duplex
Devido à existência de hardware antigo, ocorrem casos em que um lado, diga- mos o lado A, oferece suporte à autonegociação enquanto o outro lado, digamos o lado B, não tem tal suporte. Nesse caso, A perceberá que B não está fazendo autone- gociação e passará a fazer detecção paralela. Neste mecanismo, A descobre a veloci- dade de B e obrigatoriamente escolhe o modo de operação half-duplex. Dois proble- mas associados à detecção paralela ocorrem na prática:
- O lado B não oferece suporte à autonegociação, mas foi manualmente confi- gurado em modo full-duplex ; nesse caso, o lado A escolherá half-duplex e a comunicação não ocorrerá de forma satisfatória;
- O lado A implementa a autonegociação, mas não implementa o padrão cor- retamente e escolhe o modo de operação full-duplex ; a solução aqui é de atu- alizar a versão do driver da placa de rede ou do software do equipamento de interconexão. Observe que a autonegociação só existe para mídias de par trançado e para Gi- gabit Ethernet com fibra ótica. Não há opção de autonegociação para Ethernet em fibra ótica em velocidades de 10 Mbps e 100 Mbps. O motivo é que tais equipamen- tos utilizam feixes de luz de comprimento de onda diferentes, não sendo possível realizar a autonegociação.
1.3 Padrão IEEE de tecnologias Ethernet
Vários sistemas de mídia têm sido padronizados pelo IEEE ao longo dos anos. Nem todos são usados na prática, mas pelo menos seis padrões diferentes são importan- tes numa rede típica. Os padrões variam de acordo com:
n (^) A velocidade da transmissão; n (^) O tipo de codificação do sinal utilizado; n (^) O tipo de mídia utilizado; n (^) O tipo de conector utilizado.
As velocidades em uso hoje incluem: n (^) 10 Mbps (Ethernet original); n (^) 100 Mbps (Fast Ethernet); n (^) 1000 Mbps ou 1 Gbps (Gigabit Ethernet).
As codificações do sinal incluem: n (^) Manchester; n (^) 4B/5B; n (^) 8B6T;
7 Melhores Práticas para Gerência de Redes de Computadores
n (^) 5B/6B;
n (^) 8B/10B;
n (^) 4D-PAM5.
As mídias incluem: n (^) Cabos coaxiais (raramente utilizados hoje, embora fossem comuns no início da vida da tecnologia Ethernet); n (^) Pares trançados de várias categorias, as mais comuns sendo Cat 3 ( Voice Gra- de – ou “feitos para voz”), Cat 5 e Cat5e. É o tipo de mídia mais comumente utilizado para chegar ao desktop ; n (^) Fibras óticas monomodo ou multímodo, mais comumente utilizadas na es- pinha dorsal ( backbone ) da rede.
Os conectores mais utilizados são: n (^) RJ-45, para par trançado;
n (^) ST e SC, para fibras óticas.
Podemos agora descrever brevemente os tipos mais comuns de tecnologias Ethernet padronizadas pelo IEEE.
1.3.1 10BASE-5 e 10BASE-
Essas são as 2 tecnologias originais Ethernet, utilizando cabo coaxial. Funcionam a 10 Mbps e são consideradas tecnologias obsoletas. Não têm suporte ao modo full-duplex. Todas as outras tecnologias descritas a seguir permitem operação em modo full-duplex.
1.3.2 10BASE-T
Essa é a tecnologia que popularizou o Ethernet. Utiliza velocidade de 10 Mbps e 2 pares de fios trançados de categoria 3, embora cabos de categoria 5 sejam mais largamente utilizados hoje em dia. Os cabos têm comprimento máximo de 100 metros.
1.3.3 10BASE-FL
Operando a 10 Mbps, o enlace é de fibra ótica multi-modo. É uma extensão de um padrão mais antigo chamado Fiber Optic Inter-Repeater Link (FOIRL). A fibra pode ter até 2000 metros de comprimento.
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