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Beethovem Zanella Dias [email protected]
Nilton Alves Jr. [email protected] http://mesonpi.cat.cbpf.br/naj
Evolução do Padrão Ethernet
Resumo
A rápida evolução dos padrões de tecnologias de rede nós leva a várias dúvidas sobre qual seria a melhor escolha a ser utilizada em cada situação. Esta nota técnica abordará as mudanças ocorridas no padrão ethernet desde sua criação com 2,94 Mbps até a última padronização 1Gbps.
Serão descritas mudanças na taxa de transmissão, no meio físico, na formatação dos pacotes e a sua utilização nas redes de computadores.
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- INTRODUÇÃO________________________________________________________________________________ Índice
- ETHERNET __________________________________________________________________________________
- C ARACTERÍSTICAS G ERAIS ______________________________________________________________________
- REGRAS DE CONTROLE DE ACESSO AO M EIO ________________________________________________________
- T IPOS DE C ABOS E T OPOLOGIAS __________________________________________________________________
- Q UADRO E THERNET ____________________________________________________________________________
- FAST ETHERNET _____________________________________________________________________________
- C ARACTERÍSTICAS G ERAIS ______________________________________________________________________
- T IPOS DE C ABOS E T OPOLOGIAS __________________________________________________________________
- GIGABIT ETHERNET _________________________________________________________________________
- C ARACTERÍSTICAS G ERAIS ______________________________________________________________________
- T RANSMISSÃO EM H ALF-D UPLEX _________________________________________________________________
- T RANSMISSÃO EM FULL-D UPLEX ________________________________________________________________
- T IPOS DE C ABOS E T OPOLOGIAS _________________________________________________________________
- 10 GIGABIT ETHERNET ______________________________________________________________________
- C ARACTERÍSTICAS G ERAIS _____________________________________________________________________
- T IPOS DE C ABOS E T OPOLOGIAS _________________________________________________________________
- CONCLUSÃO ________________________________________________________________________________
- REFERÊNCIAS ______________________________________________________________________________
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A tecnologia ethernet, basicamente, consiste de três elementos: o meio físico, as regras de controle de acesso ao meio e o quadro ethernet.
O modo de trasmissão é uma caracterísitca importante da ethernet, podendo ser:
! Simplex: durante todo o tempo apenas uma estação transmite, a transmissão é feita uni- lateralmente;
! Half-duplex: cada estação transmite ou recebe informações, não acontecendo transmissão simultânea;
! Full-duplex: cada estação transmite e/ou recebe, podendo ocorrer transimssões simultâneas.
Figura do diagrama dos modos de transmissão
Figura com ordem cronológica dos principais acontecimentos e da criação de orgãos padronizadores
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Ethernet
Características Gerais
A Ethernet é um padrão de camada física e camada de enlace, opera à 10 Mbps, com quadros que possuem tamanho entre 64 e 1518 bytes. O endereçamento é feito através de uma numeração que é única para cada host com 6 bytes sendo os primeiros 3 bytes para a identificação do fabricante e os 3 bytes seguintes para o número sequencial da placa. Este numeração é conhecida como endereço MAC – Media Access Control.
A sub-camada MAC, pertencente a camada 2 da pilha de protocolos OSI, controla a transmissão, a recepção e atua diretamente com o meio físico, consequentemente cada tipo de meio físico requer características diferentes da camada MAC.
As caracterísitcas da camada de MAC:
! Modo de transmissão half-duplex, evoluindo para full-duplex;
! Encapsulamento dos dados das camadas superiores;
! Desencapsulamento dos dados paras as camadas superiores;
! Transmissão dos quadros;
! Recepção dos quadros.
Regras de Controle de Acesso ao Meio
O modo de transmissão em half-duplex requer que apenas uma estação transmita equanto que todas as outras aguardam em “silêncio” esta é uma característica básica de um meio físico compartilhado. O controle deste processo fica a cargo do método de acesso Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - CSMA/CD qualquer estação pode transmitir quando “percebe” o meio livre. Pode ocorrer que duas ou mais estações tentem transmitir simultaneamente; nesse caso, ocorre uma colisão e os pacotes são corrompidos. Quando a colisão é detectada, a estação tenta retransmitir o pacote após um intervalo de tempo aleatório. Isto implica que o CSMA/CD pode estar em três estados transmitindo, disputando ou inativo.
A figura a seguir mostra o comportamento do CSMA/CD no tempo.
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O quadro ethernet é dividido em campos. Os principais campos podem ser descritos da seguinte maneira:
! Destination Address: contem o endereço MAC do destinatário;
! Source Address: contem o endereço MAC do remetente;
! Type/Length: indica o tamanho em Bytes do campo de dados;
! Data: comtem os dados que deverão ser passados a próxima camada, deve ter tamanho mínino de 46 bytes e máximo de 1500 bytes;
! FCS – Frame Check Sequence: contem o Cyclic Redundancy Check (CRC).
O algorítimo de reconhecimento de um quadro ethernet para uma máquina que compartilha o meio é:
Fast Ethernet
Características Gerais
O padrão fast ethernet manteve do padrão ethernet o endereçamento, o formato do pacote, o tamanho e o mecanismo de detecção de erro. As mudanças mais significativas em relação ao padrão Ethernet são o aumento de velocidade que foi para 100 Mbps e o modo de transmissão que pode ser half-duplex ou full-duplex.
Com modo de operação half-duplex não aconteceram mudanças no método de acesso – CSMA/CD. Porém no modo full-duplex aconteceram as seguintes mudanças:
! Criação dos pause frames , são pacotes que a máquina que está recebendo a informação envia a fonte para avisá-la que deve pausar a transmição durante um período de tempo;
! Não existe mais diferenciação entre estar transmitindo e estar recebendo;
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! Não é mais necessário “perceber” o silêncio da linha, a transmissão se faz quando o receptor se diz apto;
! Aumento da banda (200 Mbps).
Tipos de Cabos e Topologias
Os cabos que podem ser utilizados são:
! Coaxial fino;
! Par trançado sem blindagem;
! Fibra ótica, mulimodo e monomodo.
As topologias suportadas são:
! Barramento: utilizando cabo coaxial fino;
! Estrela: utilizando cabos de par trançado sem blindagem.
Topologia em estrela com cabo de par trançado
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Outra mudança foi a introdução da rajada de quadros – frame burst. A rajada de quadros é uma característica opcional, através da qual uma estação pode transmitir vários pacotes para o meio físico sem perder o controle. A transmissão em rajada é feita preenchendo-se o espaço entre os quadros com bits, de maneira que o meio físico não fique livre para as outras estações tarnsmitirem.
Transmissão em Full-Duplex
Sua utilização no gigabit ethernet aumenta a banda de 1 Gbps para 2 Gbps, aumenta as possíveis distâncias para meio e elimina a colisão. O controle não será mais feito pelo CSMA/CD e sim pelo Flow Control.
O mecanismo flow control deve ser utilizado em enlaces ponto-a-ponto. Quando a estação receptora se torna congestionada, ela envia de volta um quadro chamado pause frame , este quadro contem instruções para que seja parado o envio de informações durante um intervalo de tempo específico. A estação que estava enviando aguarda o tempo requisitado e então re-inicia a transmissão, ou a estação receptora envia um outro pacote com time-to-wait igual a zero e instruções para recomeçar o envio de informações.
Tipos de Cabos e Topologias
Os cabos que podem ser utilizados são:
! Coaxial fino;
! Par trançado sem blindagem;
! Fibra ótica monomodo e multimodo.
As topologias suportadas são :
! Barramento: utilizando cabo coaxial fino;
! Estrela: utilizando cabos de par trançado sem blindagem;
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! Árvore: combinação das anteriores.
10 Gigabit Ethernet
Características Gerais
O orgão que comanda as pesquisas e a padronização é o “10 Gigabit Ethernet Alliance”. O padrão 10 gigabit ethernet, na sua essência, segue o padrão gigabit ethernet, porém seu modo de transmissão é, única e exclusivamente, full-duplex e o meio físico é a fibra ótica – mutimodo ou monomodo. Em virtude do aumento da distância abrangida pela fibra ótica (40 km), o 10 gigabit ethernet já está sendo utilizado em rede metrolpolitanas. A sua limitação de meio físico, por enquanto somente a fibra ótica, só permite ligações ponto-a-ponto.
Tipos de Cabos e Topologias
Os cabos que podem ser utulizados são:
! Fibra ótica monomodo;
! Fibra ótica multimodo;
! Cabo par trançado, ainda está em estudos para padronização.
A topologia suportada é:
! Estrela: fazendo ligações ponot-a-ponto com dispositivos de rede;
Conclusão
O aumento da utilização da banda, a necessidade de qualidade de serviço, a mudança no perfil do tráfego, entre outros fatores impulsionaram a evolução da ethernet. Porém as mudanças não aconteceram somente no aumento da taxa, aconteceram mudanças no meio físico, e em outros aspectos, que serão analisados agora.
Toda a evolução da ethernet foi acompanhada pela padronização feita pelo IEEE, fazendo parte do projeto 802.3, conforme o diagrama cronológico a seguir:
Topologia em estrela com cabo UTP
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O perfil de utilização do padrão “10 gigabit ethernet” é mais abrangente do que do “ethernet”, uma vez que o ethernet está limitado a redes locais enquanto que o 10 gigabit ethernet abrange desde redes locais à redes metropolitanas. Alguns exemplos, além da sua utilização em redes locais, são:
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