MATERIAL DE APOIO

RESUMO SOBRE ETHERNET E PADRÕES DE REDES

Este material foi retirando do site Wikipédia. Ele traz um resumo sobre

ethernet, porém, o mais importante nesse conteúdo são as referências aos

diversos padrões de redeS de dados. Nesse texto também se encontram

alguns links apontando para mais conteúdos voltados para o assunto na web.

Bons estudos!

SERRA 2010

SUMÁRIO

1 Ethernet............................................................................................................ 3

2 História ............................................................................................................. 3

3 Descrição geral ................................................................................................ 4

4 Ethernet com meio compartilhado CSMA/CD ................................................ 5

5 Hubs Ethernet .................................................................................................. 6

6 Ethernet Comutada (Switched Ethernet) ........................................................ 7

7 Tipos de quadro Ethernet e o campo EtherType ........................................... 7

8 Variedades de Ethernet ................................................................................... 8

9 Algumas variedades antigas de Ethernet ....................................................... 9

10 10 Mbit/s Ethernet ........................................................................................ 9

11 Fast Ethernet .............................................................................................. 10

12 Gigabit Ethernet ......................................................................................... 11

13 10-Gigabit Ethernet (Ethernet 10 Gigabit)................................................. 11

14 Padrões Relacionados ............................................................................... 12

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Diagramação Prof. Marcelo Elias - Rev. 00

1 Ethernet

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.

Ethernet é uma tecnologia de interconexão para redes locais - Local Area

Networks (LAN) - baseada no envio de pacotes. Ela define cabeamento e

sinais elétricos para a camada física, e formato de pacotes e protocolos para a

camada de controle de acesso ao meio (Media Access Control - MAC) do

modelo OSI. A Ethernet foi padronizada pelo IEEE como 802.3. A partir dos

anos 90, ela vem sendo a tecnologia de LAN mais amplamente utilizada e tem

tomado grande parte do espaço de outros padrões de rede como Token Ring,

FDDI e ARCNET.

Protocolos Internet (TCP/IP)

Camada Protocolo

5.Aplicação HTTP, SMTP, FTP, SSH, RTP, Telnet, SIP, RDP, IRC, SNMP, NNTP, POP3, IMAP, BitTorrent, DNS, Ping ...

4.Transporte TCP, UDP, SCTP, DCCP ...

3.Rede IP (IPv4, IPv6) , ARP, RARP, ICMP, IPSec ...

2.Enlace Ethernet, 802.11 WiFi, IEEE 802.1Q, 802.11g, HDLC, Token ring, FDDI, PPP,Switch ,Frame Relay,

1.Física Modem, RDIS, RS-232, EIA-422, RS-449, Bluetooth, USB, ...

2 História

A Ethernet foi originalmente desenvolvida como um, entre muitos, projeto

pioneiro da Xerox PARC. Entende-se, em geral, que a Ethernet foi inventada

em 1973, quando Robert Metcalfe escreveu um memorando para os seus

chefes contando sobre o potencial dessa tecnologia em redes locais. Contudo,

Metcalfe afirma que, na realidade, a Ethernet foi concebida durante um período

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Diagramação Prof. Marcelo Elias - Rev. 00

de vários anos. Em 1976, Metcalfe e David Boggs (seu assistente) publicaram

um artigo, Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer

Networks. Metcalfe deixou a Xerox em 1979 para promover o uso de

computadores pessoais e redes locais (LANs), e para isso criou a 3Com. Ele

conseguiu convencer DEC, Intel, e Xerox a trabalhar juntas para promover a

Ethernet como um padrão, que foi publicado em 30 de setembro de 1980.

Competindo com elas na época estavam dois sistemas grandemente

proprietários, token ring e ARCNET. Em pouco tempo ambos foram afogados

por uma onda de produtos Ethernet. No processo a 3Com se tornou uma

grande companhia. Disso também seja o fato de que a 3Com também seja

conhecida por U.S Robotics, também uma fabricante de processadores.

3 Descrição geral

Uma placa de rede Ethernet típica com conectores BNC (esquerda) e RJ-45

(centro).

Ethernet é baseada na idéia de pontos da rede enviando mensagens, no que é

essencialmente semelhante a um sistema de rádio, cativo entre um cabo

comum ou canal, às vezes chamado de éter (no original, ether). Isto é uma

referência oblíqua ao éter luminífero, meio através do qual os físicos do século

XIX acreditavam que a luz viajasse.

Cada ponto tem uma chave de 48 bits globalmente única, conhecida como

endereço MAC, para assegurar que todos os sistemas em uma ethernet

tenham endereços distintos.

Tem sido observado que o tráfego Ethernet tem propriedades de auto-

similaridade, com importantes conseqüências para engenharia de tráfego de

telecomunicações..

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Diagramação Prof. Marcelo Elias - Rev. 00

Os padrões atuais do protocolo Ethernet são os seguintes: - 10 megabits/seg:

10Base-T Ethernet (IEEE 802.3) - 100 megabits/seg: Fast Ethernet (IEEE

802.3u) - 1 gigabits/seg: Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) - 10 gigabits/seg: 10

Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae)

4 Ethernet com meio compartilhado CSMA/CD

Um esquema conhecido como Carrier Sense Multiple Access with Collision

Detection (CSMA/CD) organizava a forma como os computadores

compartilhavam o canal. Originalmente desenvolvido nos anos 60 para

ALOHAnet - Hawaii usando Rádio, o esquema é relativamente simples se

comparado ao token ring ou rede de controle central (master controlled

networks). Quando um computador deseja enviar alguma informação, este

obedece o seguinte algoritmo:

1. Se o canal está livre, inicia-se a transmissão, senão vai para o passo 4;

2. [transmissão da informação] se colisão é detectada, a transmissão

continua até que o tempo mínimo para o pacote seja alcançado (para

garantir que todos os outros transmissores e receptores detectem a

colisão), então segue para o passo 4;

3. [fim de transmissão com sucesso] informa sucesso para as camadas de

rede superiores, sai do modo de transmissão;

4. [canal está ocupado] espera até que o canal esteja livre;

5. [canal se torna livre] espera-se um tempo aleatório, e vai para o passo 1,

a menos que o número máximo de tentativa de transmissão tenha sido

excedido;

6. [número máximo de tentativa de transmissão excedido] informa falha

para as camadas de rede superiores, sai do modo de transmissão;

Na prática, funciona como um jantar onde os convidados usam um meio

comum (o ar) para falar com um outro. Antes de falar, cada convidado

educadamente espera que outro convidado termine de falar. Se dois

convidados começam a falar ao mesmo tempo, ambos param e esperam um

pouco, um pequeno período. Espera-se que cada convidado espere por um

tempo aleatório de forma que ambos não aguardem o mesmo tempo para

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Diagramação Prof. Marcelo Elias - Rev. 00

tentar falar novamente, evitando outra colisão. O tempo é aumentado

exponencialmente se mais de uma tentativa de transmissão falhar.

Originalmente, a Ethernet fazia, literalmente, um compartilhamento via cabo

coaxial, que passava através de um prédio ou de um campus universitário para

interligar cada máquina. Os computadores eram conectados a uma unidade

transceiver ou interface de anexação (Attachment Unit Interface, ou AUI), que

por sua vez era conectada ao cabo. Apesar de que um fio simples passivo

fosse uma solução satisfatória para pequenas Ethernets, não o era para

grandes redes, onde apenas um defeito em qualquer ponto do fio ou em um

único conector fazia toda a Ethernet parar.

Como todas as comunicações aconteciam em um mesmo fio, qualquer

informação enviada por um computador era recebida por todos os outros,

mesmo que a informação fosse destinada para um destinatário específico. A

placa de interface de rede descarta a informação não endereçada a ela,

interrompendo a CPU somente quando pacotes aplicáveis eram recebidos, a

menos que a placa fosse colocada em seu modo de comunicação promíscua.

Essa forma de um fala e todos escutam definia um meio de compartilhamento

de Ethernet de fraca segurança, pois um nodo na rede Ethernet podia escutar

às escondidas todo o trafego do cabo se assim desejasse. Usar um cabo único

também significava que a largura de banda (bandwidth) era compartilhada, de

forma que o tráfego de rede podia tornar-se lentíssimo quando, por exemplo, a

rede e os nós tinham de ser reinicializados após uma interrupção elétrica.

5 Hubs Ethernet

Este problema foi contornado pela invenção de hubs Ethernet, que formam

uma rede com topologia física em estrela, com múltiplos controladores de

interface de rede enviando dados ao hub e, daí, os dados são então reenviados

a um backbone, ou para outros segmentos de rede.

Porém, apesar da topologia física em estrela, as redes Ethernet com hub ainda

usam CSMA/CD, no qual todo pacote que é enviado a uma porta do hub pode

sofrer colisão; o hub realiza um trabalho mínimo ao lidar com colisões de

pacote.

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Diagramação Prof. Marcelo Elias - Rev. 00

As redes Ethernet trabalham bem como meio compartilhado quando o nível de

tráfego na rede é baixo. Como a chance de colisão é proporcional ao número

de transmissores e ao volume de dados a serem enviados, a rede pode ficar

extremamente congestionada, em torno de 50% da capacidade nominal,

dependendo desses fatores. Para solucionar isto, foram desenvolvidos

"comutadores" ou switches Ethernet, para maximizar a largura de banda

disponível.

6 Ethernet Comutada (Switched Ethernet)

A maioria das instalações modernas de Ethernet usam switches Ethernet em

vez de hubs. Embora o cabeamento seja idêntico ao de uma Ethernet com hub

(Ethernet Compartilhada), com switches no lugar dos hubs, a Ethernet

comutada tem muitas vantagens sobre a Ethernet média, incluindo maior

largura de banda e cabeamento simplificado. Mas a maior vantagem é restringir

os domínios de colisão, o que causa menos colisão no meio compartilhado

causando uma melhor performace na rede. Redes com switches tipicamente

seguem uma topologia em estrela, embora elas ainda implementem uma

"nuvem" única de Ethernet do ponto de vista das máquinas ligadas.

Switch Ethernet "aprende" quais são as pontas associadas a cada porta, e

assim ele pára de mandar tráfego não-broadcast para as demais portas a que o

pacote não esteja endereçado, isolando os domínios de colisão. Desse modo,

a comutação na Ethernet pode permitir velocidade total de Ethernet no

cabeamento a ser usado por um par de portas de um mesmo switch.

Já que os pacotes são tipicamente entregues somente na porta para que são

endereçadas, o tráfego numa Ethernet comutada é levemente menos público

que numa Ethernet de mídia compartilhada. Contudo, como é fácil subverter

sistemas Ethernet comutados por meios como ARP spoofing e MAC flooding,

bem como por administradores usando funções de monitoramento para copiar

o tráfego da rede, a Ethernet comutada ainda é considerada como uma

tecnologia de rede insegura.

7 Tipos de quadro Ethernet e o campo EtherType

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Diagramação Prof. Marcelo Elias - Rev. 00

Há quatro tipos de quadro Ethernet :

Ethernet original versão I

O quadro Ethernet versão 2 ou quadro Ethernet II, chamado quadro DIX

(iniciais de DEC, Intel, e Xerox). É o mais comum atualmente, já que é

muitas vezes usado diretamente pelo Protocolo Internet.

quadro IEEE 802.x LLC

quadro IEEE 802.x LLC/SNAP

Os tipos diferentes de frame têm formatos e valores de MTU diferentes, mas

podem coexistir no mesmo meio físico.

A Ethernet Versão 1 original da Xerox tinha um campo de comprimento de 16

bits, embora o tamanho máximo de um pacote fosse 1500 bytes. Esse campo

de comprimento foi logo reusado na Ethernet Versão 2 da Xerox como um

campo de rótulo, com a convenção de que valores entre 0 e 1500 indicavam o

uso do formato Ethernet original, mas valores maiores indicavam o que se

tornou conhecido como um EtherType, e o uso do novo formato de frame. Isso

agora é suportado nos protocolos IEEE 802 usando o header SNAP.

O IEEE 802.x definiu o campo de 16 bits após o endereço MAC como um

campo de comprimento de novo. Como o formato de frames do Ethernet I não

é mais usado, isso permite ao software determinar se um frame é do Ethernet II

ou do IEEE 802.x, permitindo a coexistência dos dois padrões no mesmo meio

físico. Todos os frames 802.x têm um campo LLC. Examinando o campo LLC,

é possível determinar se ele é seguido por um campo SNAP.

As variantes 802.x de Ethernet não são de uso geral em redes comuns. O tipo

mais comum usado hoje é a Ethernet Versão 2, já que é usada pela maioria

das redes baseadas no Protocolo da Internet, com seu EtherType setado em

0x0800. Existem técnicas para encapsular tráfego IP em frames IEEE 802.3,

por exemplo, mas isso não é comum.

8 Variedades de Ethernet

Além dos tipos de frames mencionados acima, a maioria das diferenças entre

as variedades de Ethernet podem ser resumidas em variações de velocidade e

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Diagramação Prof. Marcelo Elias - Rev. 00

cabeamento. Portanto, em geral, a pilha do software de protocolo de rede vai

funcionar de modo idêntico na maioria dos tipos a seguir.

As seções seguintes provêem um breve sumário de todos os tipos de mídia

Ethernet oficiais. Em adição a esses padrões, muitos fabricantes

implementaram tipos de mídia proprietários por várias razões, geralmente para

dar suporte a distâncias maiores com cabeamento de fibra ótica.

9 Algumas variedades antigas de Ethernet

Xerox Ethernet -- a implementação original de Ethernet, que tinha 2

versões, Versão 1 e Versão 2, durante seu desenvolvimento. O formato

de frame da versão 2 ainda está em uso comum.

10BASE5 (também chamado Thicknet) -- esse padrão antigo da IEEE

usa um cabo coaxial simples em que você conseguia uma conexão

literalmente furando o cabo para se conectar ao núcleo. É um sistema

obsoleto, embora devido a sua implantação largamente difundida

antigamente, talvez ainda possa ser utilizado por alguns sistemas.

10BROAD36 -- Obsoleto. Um padrão antigo suportando Ethernet para

distâncias mais longas. Utilizava técnicas de modulação de banda larga

similares àquelas empregadas em sistemas de cable modem, e operava

com cabo coaxial.

1BASE5 -- Uma tentativa antiga de padronizar uma solução de LAN de

baixo custo, opera a 1 Mbit/s e foi um fracasso comercial.

StarLAN 1—A primeira implementação de Ethernet com cabeamento de

par trançado.

10 10 Mbit/s Ethernet

10BASE2 (também chamado ThinNet ou Cheapernet) -- Um cabo

coaxial de 50-ohm conecta as máquinas, cada qual usando um

adaptador T para conectar seu NIC. Requer terminadores nos finais. Por

muitos anos esse foi o padrão dominante de ethernet de 10 Mbit/s.

10BASE5 (também chamado Thicknet) -- Especificação Ethernet de

banda básica de 10 Mbps, que usa o padrão (grosso) de cabo coaxial de

banda de base de 50 ohms. Faz parte da especificação de camada

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Diagramação Prof. Marcelo Elias - Rev. 00

física de banda de base IEEE 802.3, tem um limite de distância de 500

metros por segmento.

StarLAN 10—Primeira implementação de Ethernet em cabeamento de

par trançado a 10 Mbit/s. Mais tarde evoluiu para o 10BASE-T.

10BASE-T -- Opera com 4 fios (dois conjuntos de par trançado) num

cabo de cat-3 ou cat-5. Um hub ou switch fica no meio e tem uma porta

para cada nó da rede. Essa é também a configuração usada para a

ethernet 100BASE-T e a Gigabit.

FOIRL -- Link de fibra ótica entre repetidores. O padrão original para

ethernet sobre fibra.

10BASE-F -- um termo genérico para a nova família de padrões de

ethernet de 10 Mbit/s: 10BASE-FL, 10BASE-FB e 10BASE-FP. Desses,

só o 10BASE-FL está em uso comum (todos utilizando a fibra óptica

como meio físico).

10BASE-FL -- Uma versão atualizada do padrão FOIRL.

10BASE-FB -- Pretendia ser usada por backbones conectando um

grande número de hubs ou switches, agora está obsoleta.

10BASE-FP -- Uma rede passiva em estrela que não requer repetidores,

nunca foi implementada.

11 Fast Ethernet

100BASE-T -- Designação para qualquer dos três padrões para 100

Mbit/s ethernet sobre cabo de par trançado.

Inclui 100BASE-TX, 100BASE-T4 e 100BASE-T2.

100BASE-TX -- Usa dois pares, mas requer cabo cat-5.

Configuração "star-shaped" idêntica ao 10BASE-T. 100Mbit/s.

100BASE-T4 -- 100 Mbit/s ethernet sobre cabeamento cat-3 (Usada em

instalações 10BASE-T).

Utiliza todos os quatro pares no cabo. Atualmente obsoleto, cabeamento

cat-5 é o padrão. Limitado a Half-Duplex.

100BASE-T2 -- Não existem produtos.

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Diagramação Prof. Marcelo Elias - Rev. 00

100 Mbit/s ethernet sobre cabeamento cat-3. Suporta full-duplex, e usa

apenas dois pares. Seu funcionamento é equivalente ao 100BASE-TX,

mas suporta cabeamento antigo.

100BASE-FX -- 100 Mbit/s ethernet sobre fibra óptica. Usando fibra ótica

multimodo 62,5 mícrons tem o limite de 400 metros.

12 Gigabit Ethernet

1000BASE-T -- 1 Gbit/s sobre cabeamento de cobre categoria 5e ou 6.

1000BASE-SX -- 1 Gbit/s sobre fibra.

1000BASE-LX -- 1 Gbit/s sobre fibra. Otimizado para distâncias maiores

com fibra mono-modo.

1000BASE-CX -- Uma solução para transportes curtos (até 25m) para

rodar ethernet de 1 Gbit/s num cabeamento especial de cobre. Antecede

o 1000BASE-T, e agora é obsoleto.

13 10-Gigabit Ethernet (Ethernet 10 Gigabit)

O novo padrão Ethernet de 10 gigabits abrange 7 tipos diferentes de mídias

para uma LAN, MAN e WAN. Ele está atualmente especificado por um padrão

suplementar, IEEE 802.3ae, e será incorporado numa versão futura do padrão

IEEE 802.3.

10GBASE-SR -- projetado para suportar distâncias curtas sobre

cabeamento de fibra multi-modo, variando de 26m a 82m dependendo

do tipo de cabo. Suporta também operação a 300m numa fibra multi-

modo de 2000 MHz.

10GBASE-LX4 -- usa multiplexação por divisão de comprimento de

ondas para suportar distâncias entre 240m e 300m em cabeamento

multi-modo. Também suporta 10 km com fibra mono-modo.

10GBASE-LR e 10GBASE-ER -- esses padrões suportam 10 km e

40 km respectivamente sobre fibra mono-modo.

10GBASE-SW, 10GBASE-LW e 10GBASE-EW. Essas variedades usam

o WAN PHY, projetado para interoperar com equipamentos OC-192 /

STM-64 SONET/SDH. Eles correspondem à camada física do

10GBASE-SR, 10GBASE-LR e 10GBASE-ER respectivamente, e daí

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Diagramação Prof. Marcelo Elias - Rev. 00

usam os mesmos tipos de fibra e suportam as mesmas ditâncias. (Não

há um padrão WAN PHY correspondendo ao 10GBASE-LX4.)

Ethernet de 10 gigabit é muito nova, e continua em vistas sobre qual padrão vai

ganhar aceitação comercial.

14 Padrões Relacionados

Esses padrões de rede não são parte do padrão Ethernet IEEE 802.3 Ethernet,

mas suportam o formato de frame ethernet, e são capazes de interoperar com

ele.

Wireless Ethernet (IEEE 802.11) - Frequentemente rodando a 2 Mbit/s

(802.11legacy), 11 Mbit/s (802.11b) ou 54 Mbit/s (802.11g).

100BaseVG - Um rival precoce para a ethernet de 100 Mbit/s. Ele roda

com cabeamento categoria 3. Usa quatro pares. Um fracasso,

comercialmente.

TIA 100BASE-SX - Promovido pela Associação das Indústrias de

Telecomunicações (TIA). O 100BASE-SX é uma implementação

alternativa de ethernet de 100 Mbit/s em fibra ótica; é incompatível com

o padrão oficial 100BASE-FX. Sua característica principal é a

interoperabilidade com o 10BASE-FL, suportando autonegociação entre

operações de 10 Mbit/s e 100 Mbit/s—uma característica que falta nos

padrões oficiais devido ao uso de comprimentos de ondas de LED

diferentes. Ele é mais focado para uso na base instalada de redes de

fibra de 10 Mbit/s.

TIA 1000BASE-TX - Promovido pela Associação das Indústrias de

Telecomunicações, foi um fracasso comercial, e nenhum produto desse

padrão existe. O 1000BASE-TX usa um protocolo mais simples que o

padrão oficial 1000BASE-T, mas requer cabeamento categoria 6.