padrões de redes locais

Padrões de Redes Locais

Padrões para Redes Locais

Organizações de padronização: IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) ANSI (American National Standards Institute). ISO (International Organization for Standardization)

No que se refere às redes locais o projeto IEEE 802 é o

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No que se refere às redes locais o projeto IEEE 802 é opadrão mais importante da área, tendo sidosubseqüentemente adotado pela ISO como base para opadrão ISO 8802.

O projeto IEEE 802 foi iniciado em 1980 com o objetivo deelaborar padrões para redes locais e metropolitanas,primariamente para as camadas 1 (física) e 2 (enlace) domodelo OSI.

Padrões para Redes Locais (cont.)

O comitê responsável pelo projeto é referido como IEEE Local and Metropolitan Area Network (LAN/WAN) Standards Committee.

O objetivo básico do comitê é encorajar o uso de padrões. É estruturado em subcomitês.

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É estruturado em subcomitês. O comitê desenvolve padrões para vários tipos de redes:

802.3, Wireless LAN, Gigabit Ethernet, IEEE 802.16 (Broadband Wireless Metropolitan Area Netwrok (WirelessMAN), etc.

Ver http://standards.ieee.org/getieee802/802.16.html

O Projeto IEEE 802

802.1 High-level Interface 802.1Q Virtual Bridged LANs (VLAN) 802.2 Logical Link Control 802.3 CSMA/CD 802.3µµµµ Fast Ethernet 802.3x Full Duplex

802.3z Gigabit Ethernet

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802.3z Gigabit Ethernet 802.4 Token-Passing Bus 802.5 Token-Passing Ring 802.6 Metropolitan Area Networks 802.7 Broadband Technical Advisory Group 802.8 Fiber Optic Technical Advisory Group 802.9 Integrated Voice and Data Networks 802.9a IDoENET (proposed) 802.10 Network Security 802.11 Wireless LANs 802.15.4 LR-WPANs (Low Rate Wireless Personal Area Networks)

O Projeto IEEE 802 x Modelo OSI

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Subdivisão da Camada de Enlace

Uma característica importante dos padrões do projeto IEEE 802 é a subdivisão da camada de enlace do modelo OSI em duas subcamadas: Controle de enlace Lógico (LLC)

Controle de acesso ao meio (MAC)

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Controle de acesso ao meio (MAC)

Esta separação em duas entidades provê um mecanismopara regular o acesso ao meio (MAC) que é independentedo método usado para estabelecer, manter e terminar oenlace lógico entre as estações (LLC).

Isto permite que o padrão LLC possa ser aplicado a váriostipos de redes.

A Subcamada MAC

É responsável por controlar o acesso ao meio detransmissão. Para isso, o protocolo de acesso deveprevenir que duas ou mais estações enviem dados para arede simultaneamente. Para as redes 802.3, estemecanismo é o protocolo CSMA/CD.

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mecanismo é o protocolo CSMA/CD. Além do controle do acesso à rede, a subcamada MACtambém é responsável pela movimentação de dados parae da rede.

Exemplos de funções de manipulação de framesdesempenhadas pela subcamada MAC são:endereçamento MAC, reconhecimento do tipo de frame,controle de frames, cópia de frames, etc.

Funções da Subcamada MAC

O endereço MAC representa o endereço físico da estaçãoconectada à rede. Este endereço pode estar referenciandouma única estação, um grupo de estações (multicast) outodas as estações da rede (broadcast). É através dosendereços MAC que a origem e o destino físicos dos

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endereços MAC que a origem e o destino físicos dosframes são identificados.

A função de reconhecimento permite que o tipo e oformato do frame possam ser identificados e reconhecidos.

A função de controle de frames adiciona um preâmbulo ecomputa uma FCS (frame check sequence) aplicando umalgoritmo ao conteúdo do frame, para fins de controle deerro.

Funções da Subcamada MAC (cont.)

Uma vez que o frame chega à estação que tem omesmo endereço que o endereço destino doframe, a estação deve copiar o frame. Estaoperação move o conteúdo do frame para umbuffer na placa (interface, adaptadora) de rede

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buffer na placa (interface, adaptadora) de rede(NIC - network interface card).

A placa remove alguns campos do frame, como opreâmbulo e o delimitador de início de frame(STX), e passa o campo de informação para umaárea de memória predefinida na estação onde aplaca está inserida.

A Subcamada LLC

A subcamada LLC é usada para prover um link entre os protocolos da camada de rede e o controle de acesso ao meio.

O link é efetivado através do uso dos SAP’s

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O link é efetivado através do uso dos SAP’s (Service Access Points).

Os SAP’s operam de maneira semelhante a umacaixa postal, isto é, tanto os protocolos dacamada de rede como o controle do enlace lógicotêm acesso aos SAP’s e podem deixar mensagensum para o outro.

A Subcamada LLC (cont.)

Assim como nos correios, cada SAP tem um endereçodistinto. Para o LLC, um SAP representa o endereço de umprocesso da camada de rede; para a camada de rede, umSAP representa o local onde deixar mensagens referentesaos serviços de rede requeridos pelas aplicações.

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aos serviços de rede requeridos pelas aplicações.

Os frames LLC contém dois campos especiais deendereços, conhecidos como SAP destino (DSAP) e SAPorigem (SSAP). O DSAP especifica o processo receptor dacamada de rede. O SSAP especifica o processo transmissorda camada de rede.

Subcamadas Adicionais

A padronização de redes de velocidades maiores que10Mbps resultou em uma subcamada adicional na camadade enlace, além da subdivisão da camada física.

No caso das redes Fast Ethernet, por exemplo, esta

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No caso das redes Fast Ethernet, por exemplo, estasubdivisão tornou-se necessária pois desejava-se suportardiferentes mídias com um único padrão.

Isto requereu da camada física ser independente dacamada de enlace, pois podem existir diferentes esquemasde codificação para diferentes tipos de mídias detransmissão.

Subcamadas Adicionais (cont.)

Para manter o mesmo o método de acesso provido peloprotocolo CSMA/CD e ao mesmo tempo suportar uso dediferentes mídias e conectores foi introduzida umasubcamada física dependente do meio de transmissão.Esta subcamada é denominada PMD - Physical Medium-

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Esta subcamada é denominada PMD - Physical Medium-Dependent Sublayer.

Devido ao fato de diferentes esquemas de codificação dedados serem usados para suportar a taxa de 100 Mbps emdiferentes tipos de mídia, uma subcamada de codificaçãofísica também foi introduzida. Esta subcamada,denominada Physical Coding Sublayer, define os métodosde codificação usados para transmitir em diferentes tiposde mídia.

Subcamadas Adicionais (cont.)

Mapear as mensagens desta camada nomeio de transmissão resultou nas funçõesda subcamada PMA - Physical MediumAttachment.

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Attachment.

Já na camada de enlace, uma“Reconciliation Sublayer” foi introduzidacom a finalidade de compatibilizar o sinal dacamada física com o sinal do MAC.

Exemplo: Fast Ethernet

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O Padrão Ethernet - Origens

O início do desenvolvimento da tecnologia Ethernetocorreu na Xerox PARC. O sistema resultante, que operavaa 2.94 Mbps, conectava 100 computadores num cabocoaxial de 1km e usava o método de acesso CSMA/CD.

Conceitos chave da tecnologia (uso de um canal

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Conceitos chave da tecnologia (uso de um canalcompartilhado e escuta do meio antes da transmissão)foram derivados dos trabalhos pioneiros de acesso porcontenção do projeto Slotted-Aloha, uma rede baseada emrádio transmissão desenvolvido na University of Hawaii noinício dos anos 70.

O projeto Aloha também foi pioneiro na subdivisão datransmissão em frames, que forma a base para as redesde comutação de pacotes atuais.

Evolução do Padrão Ethernet

Durante os anos 70, antes da sua exploração comercial, oEthernet mudou de nome algumas vezes (Alto AlohaNetwork, Xerox Wire).

No início dos anos 80 a Xerox juntou-se à Digital e à Intelcom o intuito de efetivar o Ethernet (10 Mbps) como um

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com o intuito de efetivar o Ethernet (10 Mbps) como umpadrão industrial de LAN’s. Este padrão chamou-seEthernet DIX (“Blue Book Standard” - Ethernet v.1)

O protocolo foi revisado em 1982, passando então achamar-se definitivamente Ethernet (Ethernet v.2,Ethernet II).

Uma forma alterada do protocolo foi depois definido comopadrão pelo IEEE (802.3) e adotado também pela ISO(8802).

O que é o Padrão Ethernet?

O Ethernet é um padrão para redes locais em barramento,utilizando o método de acesso ao meio por contençãoCSMA-CD. A principal diferença entre o DIX Ethernet e oIEEE 802.3 é a inclusão do cabeçalho LLC.O padrão originalmente desenvolvido foi baseado no uso

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O padrão originalmente desenvolvido foi baseado no usode cinco componentes de hardware: Um cabo coaxial;

Um transceiver;

Um transceiver cable;

Um cable tap;

Uma interface controladora (controladora Ethernet).

Componentes de hardware

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Tick Ethernet IEEE 10BASE-5

O Cabo Coaxial Grosso

Embora o par trançado seja relativamente barato e fácil deusar, as pequenas distâncias entre as tranças funcionamcomo antenas para a recepção de interferênciaeletromagnética e de rádio frequência (ruído). Istorestringe o seu uso às redes com pequenas distâncias.

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restringe o seu uso às redes com pequenas distâncias. O cabo coaxial foi escolhido à época por ser adequadopara interconexão a grandes distâncias. O cabo coaxialgrosso (“tick ethernet”), de 50 Ω, possui uma marca acada 2.5m indicando onde a conexão deve acontecer(distância mínima entre taps).

Um máximo de 100 transceivers podem ser colocados emum único segmento de rede.

Seção de um Cabo Coaxial

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Redes Ethernet com Cabo Coaxial Grosso

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O Cabo Coaxial Fino

O segundo tipo de cabo usado em redes Ethernet é ocoaxial fino (“thin ethernet”), de 50 Ω, que é mais flexívelque o anterior, porém alcança uma distância detransmissão de apenas 1/3 do cabo grosso. Entretanto, émais barato e usa conectores BNC.

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mais barato e usa conectores BNC. Quando o IEEE padronizou as redes 802.3, os caboscoaxiais receberam a denominação 10BASE5 (cabo grosso)e 10BASE2 (cabo fino).

Um cabo coaxial deve ser terminado com um conectorsérie-N (“terminador”). Este conector evita reflexãoelétrica do sinal e também age como “terra”.

Conectores BNC e T

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Terminadores

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Redes Ethernet com Cabo Coaxial Fino

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O Transceiver

O transceiver (“transmitter-receiver”) contém a lógica necessária para transmitir e receber os sinais carregados pelo cabo coaxial.

Contém um “tap” que, quando pressionado contra o cabo, penetra-o e faz contato com o condutor central. Na

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penetra-o e faz contato com o condutor central. Na nomenclatura do IEEE o transceiver é conhecido como MAU - Media Attachement Unit.

O transceiver é responsável pela detecção da portadora edetecção de colisão. Quando uma colisão é detectada otransceiver coloca um sinal especial no cabo (“jam”), quepossui duração suficiente para se propagar no barramentoe informar aos outros transceivers que uma colisãoocorreu.

O Transceiver (cont.)

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O Padrão IEEE 802.3 – Nível Físico

O nível físico da norma 802.3 pode ser de diferentes tipos. Assim, para proporcionar uma certa independência relativamente ao nível MAC este nível está estruturado em dois sub-níveis:

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dois sub-níveis: “Physical Signaling” (PLS) – É responsável por gerar e detectar os sinais

elétricos (código manchester, por exemplo). Serve de interface do nível físico com o MAC. Esta interface é independente do tipo de meio físico, sinal e codificação utilizada na transmissão.

“Physical Medium Attachment” (PMA) – Parte dependente do meio físico, é implementada por uma unidade funcional denominada MAU – Medium Access Unit, que se conecta diretamente ao meio, transmite e recebe sinais do meio e identifica colisões.


Para garantir independência entre estes dois sub-níveis, a interface entre eles está normalizada, sendo conhecida por “Attachment Unit Interface” (AUI), normalmente materializada por um conector D de 15 pinos. A interface do PMA com o cabeamento é conhecido por MDI (“Medium Dependent Interface”).

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(“Medium Dependent Interface”).


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Os vários tipos de nível físico alternativos para a norma 802.3, são normalmente representadas segundo a seguinte convenção: TTbaseD

ou TTbroadD

As letras TT são substituídas pela taxa de transmissão nominal em Mbit/s, a letra D é substituída pelo comprimento máximo de cada

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Mbit/s, a letra D é substituída pelo comprimento máximo de cada segmento, em centenas de metros. Os segmentos podem ser interligados por repetidores, o comprimento máximo que toda a rede pode ter é designado domínio de colisão.

As abreviaturas base e broad são utilizadas conforme se trate de banda base (“baseband” - sinais digitais) ou banda larga (“broadband” - sinais analógicos).


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IEEE 802.3 – 10Base5

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IEEE 802.3 – 10Base2

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IEEE 802.3 – 10Base-T

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IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet)

1000Base-T (IEEE 802.3ab)

É a tecnologia mais viável, caso a rede possua menos de 100 metros, pois ela utiliza os mesmos cabos par-trançado categoria 6 que as redes de 100 Mbps atuais.

Além de não necessitar a compra de cabos, não são necessários ajustes maiores para suportar esta tecnologia, e com a utilização de switches compatíveis, podem ser combinados nós de 10, 100 e 1000 megabits, sem que os mais lentos atrapalhem no desempenho dos mais rápidos.

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100 e 1000 megabits, sem que os mais lentos atrapalhem no desempenho dos mais rápidos. Existe o problema da resistência física dos cabos de par-trançado: eles são frágeis,

ocasionando, por vários motivos, a perda de desempenho. Como a taxa de transmissão é maior, o índice de pacotes perdidos acaba sendo muito maior que nas redes 100 megabits.

No 1000Base-T o número de pares usados difere dos padrões anteriores. Ele utiliza os quatro pares disponíveis no par trançado; por este motivo, que ele consegue transmitir a 1000 mbps, diferentemente dos que utilizam somente dois pares desse cabo.

1000Base-CX

A tecnologia 1000base-CX é o padrão inicial para Gigabit Ethernet sobre fio de cobre com alcance de, no máximo, 25 metros. O cabeamento é feito com cabos STP (Shielded Twisted

Pair ou Par Trançado Blindado). Uado em aplicações específicas, onde o cabeamento não é feito por usuários comuns (ex: IBM

BladeCenter usa 1000BASE-CX para conexão Ethernet entre os servidores blade e os módulos de comutação.


1000BASE-SX (short wavelength) Esta tecnologia emprega fibras ópticas nas redes e é recomendada para distâncias de até 550

metros. Possui quatro padrões de lasers. Com lasers de 50 microns e freqüência de 500 MHz, o padrão

mais caro, o sinal é capaz de percorrer os mesmos 550 metros dos padrões mais baratos do 1000Base-LX. O segundo padrão também utiliza lasers de 50 mícrons, mas a freqüência cai para

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1000Base-LX. O segundo padrão também utiliza lasers de 50 mícrons, mas a freqüência cai para 400 MHz e a distância para 500 metros. Os outros dois padrões utilizam lasers de 62.5 mícrons e freqüências de 200 e 160 MHz, por isso são capazes de atingir apenas 275 e 220 metros, respectivamente. Pode utilizar fibras do tipo monomodo e multimodo, sendo a mais comum a multimodo (mais barata e de menor alcance).

1000BASE-LX (long wavelength) Esta é a tecnologia mais cara, pois atinge as maiores distâncias. Se a rede for maior que 550 m,

ela é a única alternativa, sendo capaz de atingir até 5km utilizando-se fibras ópticas com cabos de 9 mícrons.

Caso se utilize cabos com núcleo de 50 ou 62.5 mícrons, com freqüências de, respectivamente, 400 e 500 MHz, que são os padrões mais baratos nesta tecnologia, o sinal alcança até 550 metros, compensando, neste caso, o uso da tecnologia 1000Base-SX, que alcança a mesma distância e é mais barata.

A tecnologia 1000baseLX é utilizado com fibra do tipo monomodo, por este motivo que ela pode alcançar uma maior distância em comparação com o padrão 1000Base-SX.


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