Carlos Roberto da Silva Filho, M. Eng. Redes industriais Carlos Roberto da Silva Filho, M. Eng.

Rede Ethernet

Camada de enlace As funções que podem ser atribuídas aos protocolos da camada de enlace são: Enquadramento; Controle de Erros; Controle de fluxo; Com exceção do enquadramento, todas essas outras funções estão presentes em protocolos de camadas superiores;

Camada de enlace No modelo OSI não foi previsto inicialmente a utilização de meios físicos compartilhados (redes de difusão ou broadcast); A solução foi adicionar uma subcamada – a subcamada de Controle de Acesso ao Meio (MAC); A subcamada MAC é responsável pela arbitragem do meio;

Alocação de Canais Alocação estática de canais: FDM em geral e espectro dividido em N partes - R/N para cada; Problemas: Impossibilidade de usar o serviço se mais que N usuários pretendem fazê-lo; Subutilização para um número menor que N; Tráfego ocorre geralmente em rajadas em redes de computadores; Não é adequada para redes locais;

Alocação de Canais Alocação dinâmica: A estação que está transmitindo utiliza toda a banda; O modelo consiste em N estações independentes; O canal é único; Podem ocorrer colisões (transmissão simultânea); Estações podem detectar colisões;

Alocação de Canais Alocação dinâmica: A transmissão pode ocorrer em tempo contínuo ou segmentado (slotted); No tempo segmentado há um relógio mestre que sincroniza todas as estações; Detecção de portadora (carrier sense); Se houver, a estação é capaz de determinar se o meio de transmissão está sendo usado no momento;

Protocolos de Múltiplo Acesso ALOHA; Protocolos CSMA (Carrier Sense Multiple Access); Protocolos livres de colisão; Protocolos de disputa limitada; Protocolos para LANs sem fio;

ALOHA Usuários transmitem sempre que possuem dados; Um transmissor pode detectar colisões; Retransmissão ocorre após um período de tempo aleatório; Problemas: Baixa eficiência (18% dos quadros são transmitidos corretamente no melhor caso);

ALOHA Throughput versus tráfego ofertado (G = tentativas de transmissão)

Protocolos CSMA A detecção de transmissões em andamento permite melhorar o desempenho em relação aos sistemas ALOHA; Estações só transmitem se o meio parecer livre; Tipos: CSMA 1-persistente; CSMA não persistente; CSMA p-persistente;

Protocolos CSMA CSMA 1-persistente: Se o meio estiver ocupado, a estação espera até que ele fique ocioso; Quando a estação detecta que o meio está livre, ela transmite o quadro; Se ocorrer uma colisão, a estação espera um tempo aleatório e começa tudo de novo; Se o retardo de propagação for grande, a chance de duas ou mais estações detectarem o meio livre aumenta;

Protocolos CSMA CSMA não persistente: Se o meio estiver ocupado, a estação aguarda um tempo aleatório para “re-escutar” o meio; Melhor utilização do canal; CSMA p-persistente: Funciona em canais segmentados; Se o canal estiver desocupado, a estação transmite com probabilidade p e adia para o próximo slot com probabilidade q=1-q;

Desempenho de diversos protocolos Protocolos CSMA Desempenho de diversos protocolos

CSMA com Detecção de Colisão Estações percebem as colisões e abortam suas transmissões; Melhor utilização da banda; A detecção de colisão é feita através da comparação das características do sinal transmitido com o sinal do meio; Potência e características espectrais; CSMA/CD é utilizado em redes Ethernet;

CSMA com Detecção de Colisão CSMA/CD pode estar em 1 de 3 estados: disputa, transmissão ou inatividade.

Ethernet Apectos das redes Ethernet (IEEE 802.3): Cabeamento; Codificação Manchester; Protocolo MAC; Algoritmo de Recuo Exponencial Binário; Desempenho; Ethernet comutada; Fast Ethernet e Gigabit Ethernet; IEEE 802.2: Controle Lógico de Enlace;

Ethernet A Ethernet foi originalmente desenvolvida como um projeto pioneiro da Xerox PARC. Foi inventada em 1973, quando Robert Metcalfe escreveu um memorando para os seus chefes. Convenceu DEC, Intel, e Xerox a trabalhar juntas. Um padrão: publicado em 30/09/1980. Competiu com dois sistemas grandemente proprietários, token ring e ARCNET;

Cabeamento

Codificação Manchester (a) Codificação binária, (b) Manchester, (c) Manchester Diferencial.

Formato dos quadros. (a) DIX Ethernet, Formato do Quadro Formato dos quadros. (a) DIX Ethernet, (b) IEEE 802.3

Formato do Quadro Preâmbulo: seqüência de 7 bytes 10101010 seguido de 10101011; Onda quadrada (10 MHz) de 6,4 us para sincronização dos relógios do transmissor e do receptor; Endereços de origem e de destino: endereço de 48 bits (endereço MAC); Tipo e tamanho: Valores menores que 1536 (0x600) são interpretados como tamanho enquanto que maiores são vistos como tipo;

Formato do Quadro Dados: Até 1500 bytes; Bits de preenchimento (PAD): são usados a fim de garantir que os quadros tenham um tamanho mínimo (64 bytes do endereço de destino ao checksum) necessário para que as colisões sejam detectadas; Checksum: CRC de 32 bits e; Quadro descartado se um erro for detectado;

Protocolo Ethernet

Protocolo MAC (CSMA/CD) Detecção de colisão pode levar até 2τ segundos; Bits de preenchimento são necessários; A colisão de quadros curtos só seria detectada após a transmissão;

MAC (Media Access Control) Endereço de 48 bits, 6 bytes, representado em hexadecimal. O padrão IEEE 802 define 2 formas de endereçamento MAC: Endereços administrados localmente: quem instala a placa de rede. Endereços universais: pelo fabricante; 1 2 3 4 5 6 Código do Fabricante Número de Série

MAC (Media Access Control) Endereço único, estabelecido pelo IEEE; Ex. 00-00-1D - 00-26-A3, onde: 00-00-1D identifica o fabricante (OUI); 00-26-A3 identifica o número de série (placa); Multicast: para enviar uma mensagens a vários dispositivos numa rede, simultaneamente: AA-00-80-xx-xx-xx ou AB-00-80-xx-xx-xx Broadcast: recebido por todas as estações no mesmo segmento de rede – ex.: FF-FF-FF-FF-FF-FF;

Mapeamento de Endereços O endereços IP são endereços temporários. O verdadeiro identificador da estação para rede é o endereço MAC que é endereço físico associado a placa adaptadora de rede: NIC - Network Interface Card. IP (200.17.98.217) Endereços de 48 bits (6 bytes) MAC (00-60-08-16-85-B3)‏

Métodos de Transmissão Unicast: Um único pacote de dados que é enviado do nó de origem a um único nó de destino na rede, da seguinte forma: 1- O nó de origem envia o pacote usando o endereço do nó do destino 2- O pacote é colocado na rede 3- A rede passa o pacote para o dispositivo de destino.

Métodos de Transmissão Rede

Métodos de Transmissão Multicast: Um único pacote de dados que é copiado e enviado a um subconjunto de nós na rede, da seguinte forma: 1- O nó de origem envia o pacote usando um endereço de multicast 2- O pacote é colocado na rede 3- A rede faz cópias do pacote 4- Uma cópia é enviada a cada nó que faz parte do endereço de multicast.

Métodos de Transmissão Rede

Métodos de Transmissão Broadcast: Um único pacote de dados que é copiado e enviaram a todos os nós na rede, da seguinte forma: 1- O nó de origem envia o pacote usando o endereço de broadcast 2- O pacote é colocado na rede 3- A rede faz cópias do pacote 4- Uma cópia do pacote é enviada para cada nó na rede.

Métodos de Transmissão Rede

ARP (Address Resolution Protocol) O ARP é um protocolo que efetua a conversão de endereços IP para MAC. As mensagens são passadas para a camada de rede especificando o destinatário através do endereço IP. O protocolo ARP precisa determinar o endereço MAC do destinatário para passa a camada de enlace de dados.

ARP (Address Resolution Protocol) Tipo MAC de Origem MAC de Destino Dado CRC IP ORIGEM IP DESTINO Rede Enlace de Dados LLC +MAC

ARP (Address Resolution Protocol) O protocolo ARP compara o endereço IP de todos os datagramas enviados na ARP Cache. Se ele for encontrado, o endereço MAC é copiado da cache. Se não, um pacote ARP Request é enviado em broadcast para subrede. Se o destinatário final for um endereço IP externo, o ARP resolve o endereço para o roteador ao invés do destinatário final.

ARP (Address Resolution Protocol)

Protocolo IP O protocolo IP (Internet Protocol) é o protocolo da comunicação inter-redes. O elemento principal do protocolo IP é que trata-se de identificador de 32 bits para interface de hospedeiro (host) e roteador; Para isto ele realiza a função de roteamento que consiste no transporte de mensagens entre redes;

Protocolo IP O protocolo IP utiliza a própria estrutura de rede dos níveis inferiores para entregar uma mensagem destinada a uma máquina que está situada na mesma rede que a máquina origem. Utilizando a função de roteamento IP, envia-se uma da mensagem para uma máquina que executa a função de roteador, que, repassa a mensagem para o destino ou a repassa para outros roteadores até chegar no destino.

Protocolo IP

Protocolo TCP/IP

Protocolo IP Os 32 bits do endereço IP são divididos em 4 bytes,que são normalmente representados pelo número decimal que os representa, separados por pontos. Isto é conhecido como Notação Decimal Pontuada. 10000000 00001010 00000010 00011110 128 10 2 30 .

Protocolo IP 223.1.1.1 223.1.1.2 223.1.1.3 223.1.1.4 223.1.2.9 223.1.2.2 223.1.2.1 223.1.3.2 223.1.3.1 223.1.3.27

Protocolo IP Pode-se identificar um tipo de “classe” de rede apenas observando o primeiro decimal.

Protocolo IP

Protocolo IP Descrição Fórmula Número de Redes 2ⁿ Número de Redes Válidas 2ⁿ -2 Número de endereços Número de Hosts Classe 8 Bits A Rede Host B C D Multicast E Uso futuro/ pesquisa

Sub-redes Dispositivo se conecta à mesma parte da sub- rede do endereço IP; Pode alcançar um ao outro fisicamente sem roteador intermediário. Endereço IP: Parte da sub-rede (bits de alta ordem); Parte do host (bits de baixa ordem) ;

Sub-redes Classe Primeiros Bits N. de redes hosts Máscara A 126 126 16.777.214 255.0.0.0 B 10 16.384 65.534 255.255.0.0 C 110 2.097.150 254 255.255.255.0 D 1110 Multicast E 1111 Uso futuro

Sub-redes sub-rede rede consistindo em 3 sub-redes 223.1.1.1 223.1.2.1 223.1.1.2 223.1.1.3 223.1.1.4 223.1.2.9 223.1.2.2 223.1.2.1 223.1.3.2 223.1.3.1 223.1.3.27 rede consistindo em 3 sub-redes sub-rede

Sub-redes Endereços Privados “queimados” (Categoria 1);‏ 1 rede classe A: 10.0.0.0 a 10.255.255.255 16 redes classe B: 172.16.0.0 a 172.31.255.255 256 redes classe C: 192.168.0.0 a 192.168.255.255;

Sub-redes Não podem ser atribuídos a nenhuma estação: Endereço de Loopback: 127.0.0.1 BroadCast: 255.255.255.255 Broadcast para uma rede Classe A XXX.255.255.255 Broadcast para uma rede Classe B XXX.XXX.255.255 Broadcast para uma rede Classe C XXX.XXX.XXX.255 Endereço de inicialização (DHCP)‏: 0.0.0.0

Sub-redes Obs: atualmente não existe mais o conceito de classes. Um endereço da antiga classe A, como por exemplo 200.18.160.X pode ser dividido de qualquer forma por meio da máscara;

Sub-redes – Tabela Classe C Obs: atualmente não existe mais o conceito de classes. Um endereço da antiga classe A, como por exemplo 200.18.160.X pode ser dividido de qualquer forma por meio da máscara;

Enedereço IP Como um host obtém um endereço IP? Fornecido pelo administrador do sistema em um arquivo Windows: painel de controle->rede ->configuração->tcp/ip->propriedades UNIX: /etc/rc.config DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol: recebe endereço dinamicamente do servidor;

Enedereço IP P: Como a rede obtém a parte de sub-rede do endereço IP? R: Recebe parte alocada do espaço de endereços do seu ISP;