Redes de Computadores
Tecnologias de redes Locais 2 – Redes locais
2 – Tecnologias de redes locais
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Rui Silva
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4ª Ano 1º Semestre 2006 / 2007
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Redes de Computadores
Tecnologias de redes Locais 2.6 REDES locais
2.6 – Redes locais
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Redes de Computadores
IEEE802 Normalizações LAN
Tecnologias de redes Locais
¾Redes Locais
™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
•Mecanismos de controlo de erros e retransmissão
•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
•Endereça os computadores na rede (MAC Address)
•Providencia a transferência dos datagramas modo “connectionless”
•Não providenciam mecanismos de controlo de erros (Apenas
verificam CRC)
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Meios Físicos transmissão
Tecnologias de redes Locais
¾Meios 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
Balanceados
Sem malha de protecção exterior – UTP – “Unshielded twisted pair”
TX+
TXRX+
NC
NC
RXNC
NC
Com malha de protecção exterior – STP – “Shielded twisted pair”
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Tecnologias de redes Locais
¾Meios físicos de transmissão
9Par entrançado
•Divisão em categorias UTP – Norma EIA-568-A
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Redes de Computadores
Tecnologias de redes Locais2.6.1 Rede Ethernet
2.6.1 – Rede Ethernet
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Tecnologias de redes Locais
História -DIX
¾Rede 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 operando a 10 Mbps
sobre cabo coaxial
•1985–ethernet DIX foi a base para o “standard” IEEE 802.3 (Diferem principalmente no cabeçalho da trama)
•Relatório original da ethernet publicado no ACM http://www.acm.org/classics/apr96/
Primeiros desenhos de Robert Metcalfe No centro de pesquisa da Xerox de Palo Alto
(http://www.ethermanage.com/ethernet/ethernet.html
http://www.ethermanage.com/ethernet/ethernet.html))
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Tecnologias de redes Locais
IEEE 802.3 Ethernet Notação
¾A 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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10Mbps
Tecnologias de redes Locais
¾A camada física
9Normalização 802.3 – Ethernet a 10 Mbps
9Várias configurações para camadas físicas existentes para as redes 802.3
Especificações 802.3 a 10 Mbps
10Base5
10Base2
10Base-T
10BaseF
Meio Transmissão
Cabo Grosso Coaxial 50
Ohm
Cabo Fino Coaxial 50
Ohm
Par entrançado
Fibra óptica 850nm
Sinalização
Banda Base Codificação
Manchester
Banda Base Codificação
Manchester
Banda Base Codificação
Manchester
Banda Base Codificação
Manchester ou On OFF
Topologia
BUS
BUS
ESTRELA
Ponto a ponto
Comprimento máx
Segmento (m)
500
185
100
2000
Nós por segmento
100
30
-
33
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Tecnologias de redes Locais
¾A camada física
9Normalização 802.3 – Ethernet a 10 Mbps
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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Tecnologias de redes Locais
¾A camada física
9Normalização 802.3 – Ethernet a 10 Mbps
910BASET– Topologia em Estrela
Distância do HUB à Máquina máxima de 100m
<=100m
HUB (Concentrador de rede)
Fisicamente é um BUS, com 1 único domínio de colisão
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Tecnologias de redes Locais
FastEthernet
¾A camada física
9Normalização 802.3u – Ethernet a 100Mbps ou Fast Ethernet
Especificações 802.3u a 100 Mbps
100BASE-TX
100BASE-FX
100BASE-T4
Meio Transmissão
Cabo STP 2 pares
Cabo UTP Cat 5 2 pares
Fibra Optica Multimodo
UTP cat 3 4 pares (Voice
Grade)
Sinalização
4B5B-NRZI+MLT-3
4B5B-NRZI+MLT-3
4B5B-NRZI
8B6T-NRZ
Topologia
ESTRELA / PTP
ESTRELA / PTP
ESTRELA / PTP
ESTRELA / PTP
Comprimento máx
Segmento (m)
100
100
2000
100
- 100BASE-T4. Opera unicamente no modo HALF-DUPLEX
- 100BASE-TX/FX. Operam em FULL-DUPLEX.
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Tecnologias de redes Locais GigabitEthernet
¾A camada física
9Normalização 802.3z – Ethernet a 1000Mbps ou Gigabit Ethernet
Especificações 802.3z a 1000 Mbps
1000BaseSX
(Short Wave)
1000BaseLX
(Long Wave)
1000BaseCX
1000BaseT
Meio Transmissão
Fibra óptica multimodo
Fibra óptica monomodo
Cabo Cobre com Malha
Cabo entrançado Cat. UTP
Sinalização
8B10B
8B10B
8B10B
8B10B
Topologia
ESTRELA
ESTRELA
ESTRELA
ESTRELA
Comprimento máx
Segmento (m)
550m
5 Km
25m
100m
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Tecnologias de redes Locais Switch Ehernet
¾A camada física
9Comutador Ethernet (Switch)
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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Tecnologias de redes Locais SubCamada MAC
¾Subcamada MAC – IEEE 802.3
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Tecnologias de redes Locais Acesso ao meio
¾Subcamada MAC – IEEE 802.3
™Controlo de acesso ao meio
•Utilização CSMA-CD (modo 1-persistente do CSMA modificado. Espera 9.6uS antes
de transmitir se o meio estiver livre – IFG ou Inter Frame Gap)
•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)
e espera período aleatório de tempo
•Caso não ocorra nenhuma colisão em 2x Tp, a estação captura o canal
Ethernet 802.3 Slot Time = 2x Tp + margem de segurança
(2.69)
- O Slot Time limita o tamanho da trama, de modo a ser possível a detecção de colisões
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Tecnologias de redes Locais
Exponential Backoff
¾Subcamada MAC – IEEE 802.3
™Algoritmo exponencial de Backoff (Truncated Exponential backoff)
- Algoritmo para cálculo do tempo que uma máquina espera para retransmitir
após uma colisão de tramas
•O tempo é seleccionado entre 0 e 2 k − 1 com k = min (n ,10 ) e n
k Uniformemente distribuído entre n e 10
nº de retransmissões
•Não aumenta o tempo após 10ª retransmissão
•Desiste após 16 colisões
Algoritmo:
•Inicializa Slot Time = 2tp
•Após 1ª Colisão espera 0 ou 1 slot times
•Após n Colisões espera um número aleatório entre 0
e 2k-1 slot times
•Desiste após 16 colisões
While Attempts < AttemptLimit
K = min (Attempts, BackoffLimit)
Backoff delay = Random (0, 2K-1) x SlotTime
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Tecnologias de redes Locais Diâmetro da rede
¾Subcamada MAC – IEEE 802.3
™Diâmetro máximo 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)
9Comprimento máximo do segmento Sn = 500m
A
C
R1
S1
R2
S2
R3
S3
R4
S4
S5
B
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Tecnologias de redes Locais
Cálculo diâmetro máximo da rede
¾Subcamada MAC – IEEE 802.3
™Diâmetro máximo da rede
A
C
25.6us, ou metade do Slot Time
R1
R2
R3
R4
S1
S2
S3
S5
•Tempo máximo de processamento na máquina: M n = 1 .1μ s
•Atraso de propagação máximo de cada repetidor: R n = 2 .3 μ s
d
500
•Atraso de propagação máximo de cada segmento: t p ( n ) = S n = vp = 2 × 10 8 = 2 .5 μs
•Tempo de bit = t b = 1 = 0 .1μ s
10 Mbps
•Tempo de propagação total
t p = 5 S n + 4 R n + 2 M n = 5 × 2 .5 μ s + 4 × 2 .3 μ s + 2 × 1 .1μ s = 23 .9 μ s (2.70)
•Margem de segurança: δ s = 3 .4 μ s
•Tamanho mínimo de trama: T x ≥ 2t p + δ s ⇔
•Slot Time: 2t p + δ s = 51 .2 μ s
(2.71)
L
≥ 51 .2 μ s ⇔ L ≥ 10 Mbps × 51 .2 μ s ≥ 512 bit
R
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(2.72)
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Redes de Computadores
Tecnologias de redes Locais
¾Subcamada MAC – IEEE 802.3
™Diâmetro máximo da rede
•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
™Carga máxima teórica (aproximada) da rede
•O tempo de propagação a tem enorme impacto no desempenho da rede ethernet
a = 0 .01 ⇒ ρ max = 0 .94
a = 0 .2 ⇒ ρ max = 0 .44
™Atrasos médios na rede ethernet
ρ max ≈
1
1 + 6 .44 a
Devido ao CSMA/CD
•Atrasos aumentam drasticamente com a carga devido às colisões
•Análise matemática dos atrasos virtualmente impossível
•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
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Redes de Computadores
Tecnologias de redes Locais Estrutura da trama
¾Subcamada MAC – IEEE 802.3
™Estrutura da trama MAC
TRAMA MAC IEEE 802.3
Octetos
(10101010)7
Onda Quadrada para sincronismo
Endereçamento camada 2
Informação
CRC-32
10101011
Delimitador de trama
Comp. Campo Informação
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
•Polinómio gerador:
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Redes de Computadores
Tecnologias de redes Locais Endereçamento
¾Subcamada MAC – IEEE 802.3
™Endereçamento
•Endereço MAC (MAC Address)
(http://standards.ieee.org/regauth/oui/tutorials/lanman.html
http://standards.ieee.org/regauth/oui/tutorials/lanman.html))
Endereço universal
Endereço 48 bit
OUI
3 bytes
Host Number
3 bytes
•Endereço Universal: Sequência de 6 octetos
•Primeiros 3 octetos :OUI – Organizational Unique Identifier – Identifica o fabricante. Ex:
•Permite 2
24
endereços por OUI (Pode haver vários OUI por fabricante)
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02-60-8C 3Com
00-00-0C Cisco
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Tecnologias de redes Locais
¾Subcamada MAC – IEEE 802.3
™Representação dos endereços
•Forma canónica ou hexadecimal
- O MAC é representado pela ordem dos bits em memória. Usada nas redes Ethernet
01-30-B6-01-00-9E
•Forma não canónica ou binária
- O MAC é representado pela ordem de transmissão dos bits no meio físico
Usado nas redes Token Ring e FDDI
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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Redes de Computadores
Tecnologias de redes Locais
¾Subcamada MAC – IEEE 802.3
™Endereçamento
•I/G bit – 1º bit (o mais à esquerda) na representação binária ou não canónica
- Significado apenas como Endereço de Destino
- 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
- Endereço Broadcast -> Endereço que significa “Todas as estações” representado pelos 6 bit a “1”
Hexa: FF-FF-FF-FF-FF-FF
•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
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Redes de Computadores
Tecnologias de redes Locais
¾Resumo
92.6 Redes Locais
•Introdução
•Normalização IEEE 802
•Meios Físicos de transmissão
•Rede ethernet
•Subcamada MAC IEEE 802.3
•Acesso ao meio
•Diâmetro da rede
•Estrutura da trama
•Endereçamento
•Nota histórica
•DIX
•IEEE 802.3
•IEEE 802.3u Fast Ethernet
•IEEE 802.3z GIgabit Ethernet
•Hubs e Switches
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Redes de Computadores
Tecnologias de redes Locais
¾Referências
9Leon Garcia – Communication Networks, Cap. VI
9Gilbert – Ethernet Networks, Design, Implementation, Operation and Management (Cap III, IV)
9Spurgeon – Ethernet The definitive Guide (Cap I, II, IV, V)
9HALSALL – Data communications, Computer Networks and Open Systems (Cap. VI LAN Protocols)
9Stallings – Data and Computer communications Cap. XV (LAN’s)
9Tannembaum – Computer Networks Cap.IV (Medium Acess Control Sublayer)
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Rui Silva
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1.0
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Redes de Computadores
Tecnologias de redes Locais
FIM
Responsável:
Rui Silva
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