Protocolo Ethernet Prof: Ricardo Quintão. Roteiro CSMA CSMA/CD Ethernet Recuo Binário Exponencial.

Apresentação em tema: "Protocolo Ethernet Prof: Ricardo Quintão. Roteiro CSMA CSMA/CD Ethernet Recuo Binário Exponencial."— Transcrição da apresentação:

1 Protocolo Ethernet Prof: Ricardo Quintão

2 Roteiro CSMA CSMA/CD Ethernet Recuo Binário Exponencial

3 CSMA Definição: Carrier Sense Multiple Access – Acesso Múltiplo por Detecção de Portadora Objetivo: Enviar dados em uma rede cujo meio físico é compartilhado por outros equipamentos. Funcionamento: Verifica se no meio físico existe alguma portadora. A existência da portadora indica que algum equipamento já está transmitindo neste meio, sendo assim, será necessário aguardar um momento de silêncio para começar a sua transmissão.

4 CSMA 1.A máquina B quer transmitir. 2.Ela escuta o meio. 3.O meio está em silêncio. 4.A máquina B transmite e para de escutar o meio. 5.O meio fica ocupado. 6.A máquina A quer transmitir. 7.Ela escuta o meio. 8.O meio está ocupado. 9.A máquina A aguarda a liberação do meio. 10.A máquina B termina de transmitir. 11.O meio fica em silêncio. 12.A máquina A transmite e para de escutar o meio. 13.O meio fica ocupado. 14.A máquina A termina de transmitir. 15.O meio fica em silêncio. A B

5 CSMA - Colisão 1.A máquina B quer transmitir. 2.Ela escuta o meio. 3.O meio está em silêncio. 4.A máquina B transmite e para de escutar o meio. 5.O meio vai sendo ocupado, porém... 6.A máquina A quer transmitir antes do meio ser totalmente ocupado. 7.Ela escuta o meio. 8.O meio está em silêncio. 9.A máquina A transmite e para de escutar o meio. 10.Os dois sinais se encontram e uma colisão ocorre. 11.A interferência resultante da colisão se propaga pelo meio. 12.A transmissão das duas máquinas fica corrompida, porém... 13.As máquinas A e B acham que as transmissões estão ocorrendo sem problemas. A B Colisão

6 CSMA/CD Definição: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – Acesso Múltiplo por Detecção de Portadora com Detecção de Colisão Objetivo: Enviar dados em uma rede cujo meio físico é compartilhado por outros equipamentos e ser capaz de detectar colisões.

7 CSMA/CD 1.A máquina B quer transmitir. 2.Ela escuta o meio. 3.O meio está em silêncio. 4.A máquina B transmite e continua escutando o meio. 5.O meio vai sendo ocupado, porém... 6.A máquina A quer transmitir antes do meio ser totalmente ocupado. 7.Ela escuta o meio. 8.O meio está em silêncio. 9.A máquina A transmite e continua escutando o meio. 10.Os dois sinais se encontram e uma colisão ocorre. 11.A interferência resultante da colisão se propaga pelo meio. 12.A transmissão das duas máquinas fica corrompida, porém... 13.As máquinas A e B escutam a interferência e detectam que a transmissão foi corrompida. A B Colisão

8 CSMA/CD Para que a detecção de colisão seja garantida, a transmissão tem que durar tempo suficiente para que a colisão chegue no emissor da mensagem. No pior dos casos temos que considerar as máquinas mais distantes na conexão do meio físico. Se considerarmos que o tempo de propagação do sinal entre estas máquinas é t, devemos esperar um tempo de 2t, já que temos que esperar a colisão voltar todo o percurso e chegar no transmissor para que ele a detecte. Como as máquinas são obrigadas a escutar a própria transmissão, esta comunicação obrigatoriamente será half-duplex.

9 A arquitetura Ethernet Abaixo temos a estrutura original de quadros DIX (DEC, Intel, Xerox) que foi o primeiro padrão Ethernet. Cada quadro começa com um Preâmbulo de 8 bytes, cada um contendo o padrão de bits 10101010 utilizado para sincronizar o clock no padrão Manchester. A codificação Manchester desse padrão produz uma onda quadrada de 10 MHz durante 6,4 µs, a fim de permitir a sincronização entre o clock do receptor e o clock do transmissor. Eles devem permanecer sincronizados durante todo o restante do quadro, usando a codificação Manchester para controlar os limites de bits.

10 A arquitetura Ethernet O quadro contém dois endereços, um para o destino e um para a origem. O padrão permite endereços de 2 e de 6 bytes, mas os parâmetros definidos para o padrão de banda básica de 10 Mbps usam somente os endereços de 6 bytes. O bit de alta ordem do endereço de destino é 0 para endereços comuns e 1 para endereços de grupo (multicast). O endereço que consiste em todos os bits 1 é reservado para difusão (broadcast).

11 A arquitetura Ethernet O campo “Tipo” indica qual é o protocolo da camada superior que o dado pertence. Vários protocolos da camada de rede podem estar em uso ao mesmo tempo na mesma máquina, assim, ao chegar um quadro Ethernet, o kernel tem de saber a qual deles deve entregar o dado.

12 A arquitetura Ethernet Depois, vêm os dados, com até 1.500 bytes. Além de haver um comprimento máximo de quadro, também existe um comprimento mínimo. Como o padrão Ethernet utiliza o CSMA/CD como método de acesso ao meio, para detectar a colisão tem-se a necessidade de manter um tempo mínimo de transmissão para evitar que uma estação termine de enviar antes que a colisão possa ser detectada. Como visto antes, este tempo é definido como duas vezes o tempo de propagação do sinal da máquina de um extremo do cabo até a máquina do extremo oposto (2t).

13 A arquitetura Ethernet Para que o sistema de detecção de colisão funcione, deve-se estabelecer um limite de comprimento da rede de forma que o tempo máximo de propagação do sinal de uma extremidade a outra seja estabelecido. De acordo com o padrão 802.3, o barramento deveria ter um comprimento máximo de 2.500 metros, contendo 5 seções de cabo coaxial grosso do tipo 10 base 5 conectados por 4 repetidores. Ao medir o tempo de propagação do sinal de uma extremidade a outra obteve-se 25 µs, logo o tempo de ida e volta será de 50 µs. Utilizando uma taxa de transmissão de 10 Mbps, o tamanho do quadro pode ser calculado através da seguinte fórmula: sendo assim, obteremos como tamanho mínimo para um quadro Ethernet o valor de:

14 A arquitetura Ethernet Este valor foi arredondado para 512 bits, ou seja 64 bytes, que é a potencia de dois mais próxima. Sendo assim, o quadro Ethernet tem que ter no mínimo 64 bytes. Desta forma, se o campo “dados” tiver um tamanho menor que 46 bytes, deve-se acrescentar bytes no campo “preenchimento” de forma a garantir um tamanho mínimo de 64 bytes. O campo “Total de Verificação” serve para realizar a verificação de erro de transmissão.

15 A arquitetura Ethernet Com o melhoramento das tecnologias e aumentando o tráfego na rede, houve a necessidade de investir no aumento da taxa de transmissão. Uma primeira evolução foi passar a taxa de 10 Mbps para 100 Mbps que foi denominada de Fast Ethernet. Ao multiplicarmos a taxa por 10, o tamanho mínimo do quadro passa para 640 bytes. Isso causaria problemas de compatibilidade com a Ethernet original de 10 Mbps. Como nesta época o uso de barramento era reduzido e começou-se a utilizar a topologia de tipo estrela onde os computadores eram ligados a um equipamento central através de cabos de par trançado, uma alternativa para manter a compatibilidade era manter o tamanho do quadro em 64 bytes, porém diminuindo o tamanho da rede em 10 vezes, levando a uma distância máxima entre os equipamentos de 250 metros. Em se tratando de uma rede local, este tamanho resolvia a maioria dos casos.

16 A arquitetura Ethernet Algum tempo depois veio a rede Ethernet com 1 Gbps conhecida como Gigabit Ethernet. Neste caso, para manter a padronização inicial de quadros com 64 bytes o tamanho máximo entre as máquinas deve ser de 25 metros. Esta restrição se vê necessária para que o mecanismo de detecção de colisão funcione corretamente, porém, se usarmos uma forma de conexão entre máquinas que não ofereça o risco de colisão, pode-se aumentar o tamanho do cabo, pois mesmo passando a não ser capaz de detectar colisões, esta detecção não seria necessária. Uma forma de tornar desnecessária a detecção da colisão é fazer a ligação direta de um equipamento a outro, não havendo o compartilhamento do meio que os conecte, por exemplo, o uso dos switches. Desta forma, sem compartilhamento, não haverá como uma terceira máquina provocar uma colisão e ainda possibilita a comunicação full-duplex.

17 A arquitetura Ethernet O Algoritmo de Recuo Binário Exponencial Vejamos agora como é feita a randomização quando ocorre uma colisão. Depois de uma colisão ser detectada, o tempo é dividido em slots discretos, cuja duração é igual ao pior tempo de propagação do sinal de ida e volta no meio. No caso do padrão Ethernet, o tempo de duração do slot foi definido como sendo de 51,2 µs, já que o quadro foi arredondado para um tamanho mínimo de 512 bits (64 bytes), como foi mencionado antes. Depois da primeira colisão, cada estação espera 0 ou 1 tempo de slot antes de tentar novamente. Se duas estações colidirem e selecionarem o mesmo número aleatório, elas colidirão novamente. Depois da segunda colisão, cada uma seleciona ao acaso 0, 1, 2 ou 3 e aguarda esse número de tempos de slot.

18 A arquitetura Ethernet O Algoritmo de Recuo Binário Exponencial Se ocorrer uma terceira colisão, cuja probabilidade é de 25%, na próxima vez o número de slots que a estação deverá esperar será escolhido ao acaso no intervalo de 0 a 2 3 – 1. Em geral, depois de i colisões, é escolhido um número aleatório entre 0 e 2 i – 1, e esse número de slots será ignorado. Entretanto, após terem sido alcançadas 10 colisões, o intervalo de randomização será congelado em um máximo de 1.023 slots. Depois de 16 colisões, o controlador desiste e informa o erro ao computador. Qualquer recuperação adicional caberá às camadas superiores.

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