Ethernet

Agosto 2015

Introdução à Ethernet

A Ethernet (também conhecida sob o nome de norma IEEE 802.3) é um padrão de transmissão de dados para rede local baseada no princípio seguinte:

Todas as máquinas da rede Ethernet
estão conectadas a uma mesma linha de comunicação,
constituída por cabos cilíndricos


Distingue-se diferentes alternativas de tecnologias Ethernet, segundo o tipo e o diâmetro dos cabos utilizados:

  • 10Base2: O cabo utilizado é um cabo coaxial fino de fraco diâmetro, chamado thin Ethernet,
  • 10Base5: O cabo utilizado é um cabo coaxial de grande diâmetro, chamado thick Ethernet,
  • 10Base-T: O cabo utilizado é um par entrançado (o T significa twisted pair), o débito atingido é de cerca de 10 Mbps,
  • 100Base-FX: Permite obter um débito de 100Mbps utilizando uma fibra óptica multimode (F significa Fiber).
  • 100Base-TX: Como 10Base-T mas com um débito 10 vezes mais importante (100Mbps),
  • 1000Base-T: Utiliza um duplo par entrançado de categoria 5.o e permite um débito Gigabit por segundo.
  • 1000Base-SX: Baseado numa fibra óptica multimode que utiliza um sinal de fraco comprimento de onda (S significa short) de 850 nanomètrs (770 à 860 nm).
  • 1000Base-LX: Baseado numa fibra óptica multimode que utiliza um sinal de comprimento de onda elevado (L significa long) de 1350 nm (1270 à 1355 nm).




SiglaDenominaçãoCaboConectorDébitoAlcance
10Base2Ethernet fino
(thin Ethernet)
Cabo coaxial (50 Ohms) de fraco diâmetroBNC10 Mb/s185m
10Base5Ethernet espesso
(thick Ethernet)
Cabo coaxial de gordo diâmetro (0.4 avanços lento)BNC10Mb/s500m
10Base-TEthernet standardPar entrançado (categoria 3)RJ-4510 Mb/s100m
100Base-TXEthernet rápido
(Fast Ethernet)
Duplo igual entrançado (categoria 5)RJ-45100 Mb/s100m
100Base-FXEthernet rápido
(Fast Ethernet)
Fibra óptica multimode do tipo (62.5/125) 100 Mb/s2 km
1000Base-TEthernet GigabitDuplo igual entrançado (categoria 5.o)RJ-451000 Mb/s100m
1000Base-LXEthernet GigabitFibra óptica monomode ou multimode 1000 Mb/s550m
1000Base-SXEthernet GigabitFibra óptica multimode 1000 Mbit/s550m
10GBase-SREthernet 10GigabitFibra óptica multimode 10 Gbit/s500m
10GBase-LX4Ethernet 10GigabitFibra óptica multimode 10 Gbit/s500m



A Ethernet é uma tecnologia de rede muito utilizada porque o preço de tal rede não é muito elevado

Princípio de transmissão

Todos os computadores de uma rede Ethernet estão ligados a uma mesma linha de transmissão, e a comunicação faz-se com um protocolo chamado CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect que significa que se trata de um protocolo de acesso múltiplo com vigilância de portador Carrier Sense e detecção de colisão).

Com este protocolo qualquer máquina está autorizada emitir sobre na linha a qualquer momento e sem noção de prioridade entre as máquinas. Esta comunicação faz-se de maneira simples :

  • Cada máquina verifica que não há nenhuma comunicação na linha antes de emitir
  • Se duas máquinas emitirem simultaneamente, então há uma colisão (ou seja, várias tramas de dados encontram-se na linha ao mesmo momento)
  • As duas máquinas interrompem a sua comunicação e esperam um prazo aleatório, seguidamente aprimeira que ultrapassou este prazo pode então emitir de novo



Este princípio é baseado em vários constrangimentos:

  • Os pacotes de dados devem ter uma dimensão máxima
  • haver um tempo de espera entre duas transmissões




O tempo de espera varia de acordo com a frequência das colisões:

  • Após a primeira colisão uma máquina espera uma unidade de tempos
  • Após a segunda colisão a máquina espera duas unidades de tempo
  • Após a terceira colisão a máquina espera quatro unidades de tempo
  • … naturalmente com um pequeno tempo suplementar aleatório

Ethernet comutado

Até agora, a topologia Ethernet descrita era a Ethernet partilhada (qualquer mensagem emitida é entendida pelo conjunto das máquinas conectadas, pela banda concorrida disponível é partilhada pelo conjunto das máquinas).

Desde alguns anos uma evolução importante produziu-se: a Ethernet comutada.
A topologia física continua a ser uma estrela, organizada em redor de um comutador (switch). O comutador utiliza um mecanismo de filtragem e de comutação muito similar ao utilizado pelas pontes estreitas (gateways) onde estas técnicas são utilizadas há muito tempo.

Inspecciona os endereços de fonte e de destino das mensagens, elabora uma tabela que lhe permite então saber qual máquina que está conetada em qual porta do switch (em geral este processo faz-se por autoaprendizagem, ou seja automaticamente, mas o gestor do switch pode proceder a ajustamentos complementares).

Conhecendo a porta do destinatário, o comutador transmitirá a mensagem apenas na porta adequada, os outras portas restantes ficam portanto livres para outras transmissões que podem produzir-se simultaneamente.
Resulta assim que cada troca se pode efectuar a débito nominal, sem colisões, com a consequência de um aumento muito sensível da banda concorrida da rede (a velocidade nominal igual).

Quanto a saber se todas as portas de um comutador podem dialogar ao mesmo tempo sem perda de mensagens, tal depende da qualidade deste último (non blocking switch).

Dado que a comutação permite evitar as colisões e que as técnicas 10/100/1000 baseie T (X) disponham de circuitos separados para a transmissão e a recepção (um par entrançado por sentido de transmissão), a maior parte dos comutadores modernos permite desativar a deteção de colisão e passar em modo full-duplex sobre os portos. Da espécie, as máquinas podem emitir e receber ao mesmo tempo (que contribui de novo para o desempenho da rede).
O modo full-duplex é particularmente interessante para os servidores que devem servir vários clientes.

Os comutadores Ethernet modernos detectam igualmente a velocidade de transmissão utilizada por cada máquina (autosensing) e se esta última suportar várias velocidades (10 ou 100 ou 1000 megabits/seca) inicia com ela uma negociação para escolher uma velocidade bem como o modo semi-duplex ou full-duplex da transmissão. Isto permite ter um parque de máquinas que têm desempenhos diferentes (por exemplo, um parque de computadores com diversas configurações materiais).

Como o tráfego emitido e recebido já não é transmitido para todas as portas, é muito mais difícil espiar (sniffer) o que se passa.

Voilà qui contribue à la sécurité générale du réseau, ce qui est un thème fort sensible aujourd'hui.

Para terminar, o uso de comutadores permite construir redes mais vastas geograficamente. Ethernet compartilhado, uma mensagem deve poder atingir qualquer outra máquina na rede num intervalo de tempos preciso (slot time) sem qual o mecanismo de deteção das colisões (CSMA/CD) não funciona correctamente.
Isto não é mais de aplicação com os comutadores Ethernet. A distância mais é limitada apenas pelos limites técnicos do apoio utilizado (fibra óptica ou par entrançado, potência do sinal emitido e sensibilidade do receptor,…).

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