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Interface Física – 10/100Mbps• O acoplamento indutivo melhora a rejeição de ruído (ruído
de modo comum)
• Também elimina a componente DC
• Interface Ethernet 10/100 Mbps (10BaseT e 100BaseT), par trançado UTP com impedância característica de 100 Ohms, conector RJ-45
DTE e DCE
• Os nós de uma rede podem ser de dois tipos:
– Data terminal equipment (DTE)—São dispositivos geradores ou destinatários finais dos pacotes de dados. DTEs são tipicamente PCs, estações de trabalho, servidores de arquivos, impressoras de rede, etc. Todos com a característica de estação destinatária.
– Data communication equipment (DCE)— Dispositivos intermediários de rede, que recebem e retransmitem pacotes de dados ao longo da rede. DCEs podem ser dispositivos autônomos tais como repetidores, comutadores (switches) ou roteadores ou interfaces de comunicação tais como placas de rede, modens.
A Sub-Camada MAC
• Os clientes da sub-camada MAC podem ser:– A sub-camada LLC: se o nó é um DTE, a sub-camada LLC permite
interfacear com as camadas superiores do nó DTE A sub-camada LLC édefinida pelo padrão IEEE802.2
– Uma bridge: se o nó for um DCE, as bridges provêem interligação entre redes que usam o mesmo protocolo na camada de enlace, comoduas redes Ethernet ou entre Ethernet e outros protocolos previstos no padrão IEEE802, por exemplo Token Ring.
A Sub-Camada MAC
• Responsável por:
– Encapsulamento dos dados: montagem do quadro, interpretação do quadro, detecção de erros durante e após a recepção
– Controle de acesso ao meio: incluindo delimitação dos quadros, recuperação de uma falha de transmissão
O Quadro Ethernet
• Preâmbulo (PR) – consiste em 7 bytes, com uma seqüência alternada de 0 e 1, que avisa que um quadro está chegando e provê a sincronização dos relógios de transmissão e recepção
• Start of Frame Delimiter (SFD) – Consiste em 1 byte, com uma seqüência alternada de bits 0 e 1 e dois últimos bits iguais a 1. Indicando que o próximo byte é o início do endereço de destino
• Destination Address (DA) – Consiste em 6 bytes, identificando o endereço de destino do quadro. O bit mais significativo (se igual a 0) indica se o endereço é individual ou de grupo (igual a 1). O bit seguinte indica se o endereço églobalmente (=0) ou localmente administrado (=1). O restante 46 bits forma um endereço único de uma estação, um grupo de estações, ou todas as estações da rede
O Quadro Ethernet• Source Address (DA) – Consiste em 6 bytes, identificando o
endereço de origem, sempre um endereço individual, com o bit mais significativo sempre 0
• Length/ Type – Consiste em 2 bytes, indicando a quantidade de bytes no campo de dados ou a identificação do tipo de quadro. Se o valor for igual ou menor que 1500, indica o tamanho do campo de dados, se for maior que 1536 indica um tipo do quadro opcional
• Data – É uma seqüência de bytes de qualquer valor, com até1500 bytes de comprimento. Se a quantidade de bytes a ser enviada for inferior a 46 bytes, este campo deve ser preenchido até completar 46 bytes.
• Frame Check Sequence (FCS) – Consiste em 4 bytes, contendo uma sequência de 32 bits de CRC, calculado incluindo DA, SA, Length/Type e Data
O Controle de Acesso CSMA/CD
• O CSMA/CD é um protocolo de acesso ao meio, conforme a seguir:
– Carrier Sense – Verificação de portadora, cada estação escuta o meio antes de iniciar a sua transmissão, para verificar se há outra transmitindo
– Multiple Access – Acesso múltiplo, cada estação pode transmitir a qualquer momento, se a rede estiver livre
– Collision Detection – Detecção de colisão, se duas estações transmitirem ao mesmo, o sinal na rede ficaráininteligível. Para detectar a colisão, durante a transmissão, cada estação compara o seu sinal transmitido com o recebido, se forem diferentes está havendo colisão
A Detecção de Colisão
• Quando ocorre uma colisão entre duas estações distantes na rede, podemos analisar os eventos imediatamente antes dessa colisão ocorrer:– Uma estação A inicia a sua transmissão
– Alguns instantes depois, uma outra estação Btambém inicia a sua transmissão, mas logo detecta que houve uma colisão
– A estação A só detecta a colisão instantes após da estação B
A Detecção de Colisão
• A estação B detecta a colisão e logo pára de transmitir, sabendo que seu quadro colidiu, mas o sinal na rede já está corrompido
• A “colisão” (seqüência de bits não inteligíveis) se propaga na rede até a estação A
• A estação A somente saberá que o seu quadro gerou uma colisão, se detectar que a colisão ocorreu enquanto estava transmitindo o seu quadro
• Então, existe um comprimento (ou duração) de quadro mínima, que possibilita a detecção da colisão. Abaixo desse limite, a colisão não serádetectada pela estação, mais distante, que a gerou
• Este comprimento de quadro mínimo está associado a um comprimento máximo da rede e quantidade máxima de repetidores R
A B
ColisãoQuadro da estação A
Rede de comprimento L
Quadro da estação B
R R R
O Quadro GigaBit Ethernet
• O quadro deve ser aumentado, através do campo Extension, para possibilitar a detecção de colisão. Após a recepção, o campo é retirado pela camada de enlace
10Base5
• 1º Padrão Ethernet• 10Base5 significa 10 Mbps de velocidade de transmissão, banda BASE,
segmento de 500 m• Sinal com codificação Manchester• Meio físico - cabo coaxial grosso de 50 Ohms• Conectores coaxiais do tipo N• Opera em Half-duplex, podendo haver colisões entre estações no meio• Vantagem: bastante confiável, devido a robustez do meio físico, novas
estações são acrescentadas através de derivações (conector “vampiro”)• Desvantagens: meio físico pesado e pouco flexível, meio físico
compartilhado dificulta o isolamento de problemas, taxa de transmissão limitada, half-duplex, a colisão limita o desempenho em altas demandas de tráfego (protocolo não determinístico – CMSA/CD)
AUI (Attachment Unit Interface)
• Conecta uma placa de rede a um transceptor
• Comprimento máximo de 50m
• Usada extensivamente no padrão 10Base5
10Base2
• 2º Padrão Ethernet• 10Base2 significa 10 Mbps de velocidade de transmissão, banda BASE,
segmento de 185 m• Sinal com codificação Manchester• Meio físico - cabo coaxial fino (RG-59) de 50 Ohms• Conectores coaxiais do tipo BNC• Opera em Half-duplex, podendo haver colisões entre estações no meio• Vantagem: meio físico bastante flexível e de fácil instalação, menor custo
que 10Base5 ao dispensar transceptores• Desvantagens: meio físico compartilhado dificulta o isolamento de
problemas, taxa de transmissão limitada, half-duplex, a colisão limita o desempenho em altas demandas de tráfego (protocolo não determinístico – CMSA/CD), topologia de conexões em série limita o cabeamento na instalação, expansão mais difícil que 10Base5 pois precisa parar a rede
Camada Física do Padrão IEEE802.3 -Subcamadas
• Subcamadas do padrão IEEE 802.3 para os modos 10BaseT, 100BaseT e 1000BaseT
• Os modos de 10, 100 e 1000 Mbps também são conhecidos como:
– 10 Mbps – Ethernet
– 100 Mbps – Fast Ethernet
– 1000 Mbps – Gigabit Ethernet
• O padrão mais recente (2002): 10 Gbps – 10 Gigabit Ethernet
GMII - Gigabit medium independent interface
Códigos de Linha
• São códigos utilizados para a transmissão direta na linha de transmissão– RZ (Return to Zero)
– NRZ (Non Return to Zero)
– MLT-3 (Multi Level – 3)
• O objetivo é trabalhar com uma boa relação sinal x ruído e obter uma distribuição espectral do sinal sem componentes DC em sistemas mais complexos
Código de Linha NRZ (Non Return to Zero)
• É o código mais simples, consiste num sinal de linha (+E,0) que corresponde ao nível lógico (0 ou 1)
• Só ocorre transição na linha se o bit a ser transmitido mudar• A sincronização dos relógios é mais difícil em longas seqüências de bits, pela
ausência de transições intermediárias• Não há diferença entre uma seqüência de bits 0 e a linha em repouso (Idle)• Possui um valor DC diferente de zero, isso é ruim quando é necessário
isolamento galvânico, usual em redes Ethernet• Codificação pouco eficiente em termos de espectro de freqüência
Código de Linha NRZI (Non Return to Zero Inverted)
• Só ocorre transição na linha se o bit a ser transmitido for 1, com nível 0 a linha permanece inalterada
• Esse código resolve a questão de uma longa seqüência de bits 1 sem transições
• Não há diferença entre uma seqüência de bits 0 e a linha em repouso (Idle)• Possui um valor DC diferente de zero, isso é ruim quando é necessário
isolamento galvânico, usual em redes Ethernet• Codificação pouco eficiente em termos de espectro de freqüência
Código Manchester
• Os bits de dados são codificados nas transições do sinal (Nível 0 – Transição 0/1, Nível 1 – Transição 1/0)
• Esse código resolve a questão de uma longa seqüência de bits 1 ou 0 sem transições, pois ocorre uma transição a cada bit
• Esquema de codificação da Ethernet de 10Mbps
Código de Linha RZ (Return to Zero)
• A cada bit, o sinal de linha retorna a zero• Há uma transição na linha mesmo se o bit a ser transmitido não
mudar• Possui uma eficiência de codificação de 1 bit/baud, para cada 2 bits
(baud) requer 2 transições• A máxima freqüência de sinalização é igual a taxa de transmissão
(baud rate)• Possui um valor DC diferente de zero, isso é ruim quando é
necessário isolamento galvânico, usual em redes Ethernet
Código MLT-3 (Multi Level – 3)
• Código com 3 níveis de tensão (-1,0,+1)• Utilizado no padrão 100Base-TX• Similar ao código NRZ
– Bit 0 – mantém estado anterior– Bit 1 – inverter estado anterior
• Possui uma eficiência de codificação de 1 bit/baud, porém, requer 4 transições (baud) para completar um ciclo completo (-1/0, 0/+1, +1/0,0/-1)
• A máxima freqüência de sinalização é ¼ da taxa de transmissão (baudrate). Exemplo: sinal de 25MHz numa taxa de 100 Mbps (100BASE-TX)
O Código 4B/5B
• É um código de grupo de bits, que transforma um conjunto de 4 bits de dados num código de 5 bits na transmissão (ou o contrário na recepção)
• Ao adicionar mais 16 códigos aos 16 códigos de dados, possibilita a existência de códigos de controle (início e fim de quadro Ethernet)
• Por exemplo, o byte A5 será codificado como:
– Dado (formato 4B): 1010 0101
– Dado Codificado (formato 5B): 10110 01011
O Chip Intel 82562ET
• Controlador conforme o padrão IEEE 802.3, modos 10BASE-T e 100BASE-TX• Autonegociação conforme IEEE 802.3u• Controle de equalização digital adaptativa• Operação no modo 100BASE-TX
– Codificação 4B/5B– Os símbolos 5B são serializados e transmitidos a uma taxa de 125 Mbps, utilizando o código
de linha MLT-3, o qual é transmitido no cabo par trançado (UTP ou STP)– Portanto, com o MLT-3, a taxa de sinalização máxima será de 31,25MHz
Equalização Adaptativa
• Com a transmissão de dados em alta velocidade, a atenuação nos cabos com a freqüência torna-se um problema. Em operação normal, o conteúdo harmônico do sinal pode variar muito, devido a aleatoriedade da forma de onda do sinal
• Esta variação da intensidade do sinal deve ser compensada para assegurar a integridade dos dados recebidos
• Com o aumento do comprimento do cabo de rede a atenuação aumenta. E como o comprimento do cabo depende da instalação, é necessário um circuito auto-adaptativo, que ajuste a intensidade do sinal recebido, compensando a atenuação da cabo
O Circuito Embaralhador (Scrambler)
• O embaralhador (scrambler) é necessário para que a radiação emitida pelo cabo de rede esteja dentro dos limites da legislação de radiação eletromagnética (EMI) aplicável. Isso é feito através do espalhamento da energia do sinal no cabo ao longo do espectro defreqüência
• Após o embaralhamento, a freqüência do sinal fica aleatoriamente distribuída ao longo de um amplo espectro de freqüência
• Sem o embaralhador, o sinal estaria mais concentrado numa faixa de freqüências mais estreita, excedendo o limite da legislação
• Como a radiação eletromagnética não é problemática em fibras óticas, esse circuito é desnecessário no padrão 100BASE-FX