Aula Teorica Parte Ii Sistemas Telematicos

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Redes Locais de Comunicação de Dados Parte II

Informática para a Saúde 2º Ano – 1º Semestre 2006/2007 Escola Superior de Tecnologia Instituto Politécnico de Castelo Branco

Resumo • Redes Locais de Comunicação de Dados – – – – – – – –

Topologias de rede Dispositivos típicos em redes locais Meios físicos (cablagens, fichas, etc) Tecnologias de Redes Locais Conceitos de comutação Ethernet Redundância VLANs Redes sem fios (WiFi, Bluetooth, …)

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Tecnologias de Redes Locais • Normas IEEE 802.x – O IEEE definiu um conjunto de normas para as redes locais (LANs) assentes em protocolos de acesso ao meio – Diferem a nível físico e acesso ao meio, mas com um interface de nível 2 superior compatível

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IEEE 802.2 • Especificação 802.2 – Logical Link Control (LLC) – Especifica a interface genérica entre a camada de rede (IP, IPX, etc) e a camada de ligação de dados (Ethernet, Token Ring, etc.) – Derivou do HDLC (High-Level Data Link Control) • ISO 13239

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Ethernet 802.3 • A tecnologia Ethernet – IEEE 802.3 – É a tecnologia dominante nas redes locais • Baixos custos • Simplicidade de instalação, utilização e manutenção • Fiabilidade

– É uma família de tecnologias. • • • • • Pedro António

Vários meios físicos diferentes (cobre, fibra óptica, ...) Velocidades diferentes (desde 3 Mbit/s a 10 Gbit/s) Formato da trama igual Endereçamento igual Simplicidade de interligação entre tecnologias Ethernet diferentes Sistemas Telemáticos

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Ethernet 802.3 • A Ethernet e o Modelo OSI – As normas 802.3 definem procedimentos que se enquadram na camada física e subcamada MAC – Medium Access Control da camada de ligação de dados do modelo OSI – A subcamada LLC – Logical Link Control não é específica das normas Ethernet e é utilizada para ligar as diversas tecnologias de LAN

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Ethernet 802.3 • Endereço MAC – Endereço Físico; Endereço de Hardware – Um dispositivo que pretende enviar dados para outro dispositivo, abre um caminho de comunicação com o outro dispositivo usando o seu endereço físico – 48 bits com representação hexadecimal. Normalmente, agrupados em 6 grupos de 2 valores separados por dois pontos (:) ou um traço (-) • 00:16:6F:4E:4C:A2 • 00-16-6F-4E-4C-A2

– Os primeiros 24 bits (a vermelho) representam o fabricante – Os últimos 24 bits (a verde) representam o dispositivo (por exemplo, uma placa de rede) – O endereço MAC é único

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Ethernet 802.3 • Drivers das placas de rede – Software que permite a um computador trabalhar com as placas de rede – Os drivers das placas de rede permitem as comunicações entre uma placa de rede e o software de rede do computador – Existe um driver por cada tipo de placa de rede

Network Software Driver Network Adapter Card Pedro António

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Ethernet 802.3 • IEEE 802.3 – Formato da trama MAC (Ethernet II – DIX) – – – – – –

Preamble: Sequência de 1s e 0s alternados (sincronização do receptor) Start Frame Delimiter: Delimitador de inicio de trama Destination/Source Address: Endereços MAC do nó destino/fonte (6 bytes) Length: Comprimento (bytes) dos dados (campo Type na tecnologia Ethernet) Data: Campo de dados da camada superior Pad: Garantir o comprimento mínimo da trama (64 bytes excluindo Preamble e SFD) – Frame Check Sequence (Checksum): Código detector de erros (CRC-32)

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Ethernet 802.3 • • •

•

A trama "Ethernet II" permite transportar 1500 bytes de dados A quantidade de dados transportada pelas tramas é habitualmente conhecida por MTU ("Maximum Transfer Unit") Este é um dado importante para os protocolos de nível superior já que estes protocolos terão de criar os seus pacotes de tal forma que se ajustem a este valor máximo Tamanho mínimo de uma trama – Permite distinguir uma trama de ruído – Destination Address (6 bytes) + Source Address (6 bytes) + Frame Type (2 bytes) + Data/Pad (46 bytes) + CRC Checksum (4 bytes) = 64 bytes

•

Tamanho máximo de uma trama – Garante o acesso justo ao meio (se uma máquina enviar uma quantidade de dados aleatória numa trama, as outras máquinas necessitam de esperar um tempo arbitrário) – Destination Address (6 bytes) + Source Address (6 bytes) + Frame Type (2 bytes) + Data (1500 bytes) + CRC Checksum (4 bytes) = 1518 bytes

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Ethernet 802.3 • Colisões e domínios de colisão – As LANs são baseadas num canal de difusão, onde todos ouvem as transmissões e verificam o endereço destino • Só o destinatário é que processa os dados

– Se dois computadores transmitem simultaneamente, haverá colisão entre os dados de um com os do outro, com perda irreparável (os dados de cada dispositivo serão afectados) – A área dentro da rede, onde os pacotes de dados foram originados e colididos, é chamada de domínio de colisão e inclui todos os ambientes de meios compartilhados – Um cabo pode estar ligado a outro cabo através de patch cables, patch panels, repetidores e hubs – Todas estas interligações da camada 1 são parte do domínio de colisão Pedro António

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Ethernet 802.3 • Protocolo de acesso ao meio – Os protocolos de acesso ao meio são o software que permitem às estações tomar a vez para a transmissão de dados – Os métodos de acesso ao meio são “oferecidos” pela sub-camada 2 MAC • Cálculo e inserção do CRC • Inserção dos delimitadores de inicio e fim • Inserção dos endereços destino e origem

– Existem duas classes de métodos MAC: Métodos com e sem colisões • Acessos não determinísticos ou determinísticos ao meio de transmissão.

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Ethernet 802.3 •

Protocolo de acesso ao meio ALOHA – Método desenvolvido pela Universidade de Hawai – É um método do “tipo” força bruta – Procedimentos: • Se uma estação tem uma trama para transmitir transmite-a • Espera um tempo intervalo de tempo pela confirmação da recepção. Aproximadamente o dobro do tempo de propagação entre a estação fonte e a estação destino • Se a confirmação não chegar nesse intervalo de tempo assume que a que algo de errado ocorreu (ex. a trama inicial perdeu-se, a trama de confirmação perdeu-se, ...) e retransmite a trama • Repete até a chegada da confirmação (dentro de um número limite de retransmissões)

– Desvantagem: • Como não possibilita às estações observarem a actividade na rede, é pouco eficiente, o nº de colisões aumenta drasticamente com a taxa de utilização

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Ethernet 802.3 • Protocolo de acesso ao meio CSMA – Permite a partilha do meio (“Multiple Access”) de transmissão baseando-se na detecção da existência de uma transmissão em curso (“Carrier Sense”) – Quando um nó pretende emitir dados, verifica se o meio de transmissão está livre, se for esse o caso procede à emissão – Se o meio de transmissão está ocupado, algoritmos: • CSMA não persistente – Espera um período de tempo aleatório e voltar a tentar

• CSMA 1 persistente – Escuta o meio até que esteja livre e emite nesse instante

• CSMA p persistente – Espera até que o meio esteja livre, então transmite com uma probabilidade p, em alternativa espera um período de tempo equivalente ao atraso máximo de propagação no meio de transmissão e volta ao início Pedro António

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Ethernet 802.3 • Protocolo de acesso ao meio CSMA/CD – Quando duas ou mais estações transmitem no mesmo instante as colisões são detectadas (“Collition Detected”) e abortada a transmissão da trama • Todas as estações (do mesmo domínio de colisão) são notificadas da existência da colisão • As estações envolvidas na colisão esperam algum tempo antes de tentarem novamente transmitir

– Mas se ambos computadores esperarem o mesmo tempo para retransmitir… nova colisão! – A solução é usar um atraso com valor máximo e aleatório. Se existir nova colisão, dobra-se o atraso – Binary Exponential Backoff: é a designação do acto de quando se dobra o tempo de delay após cada colisão Pedro António

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Ethernet 802.3 • Protocolo de acesso ao meio CSMA/CD – Escuta do meio – Transmissão – Detecção de colisão – Em caso de colisão, backoff e retransmissão Quando um dispositivo detecta uma colisão deixa de transmitir a trama que estava a transmitir. A seguir reforça essa colisão com um sinal de 32 bits (jam signal), de modo a que todos os outros dispositivos do mesmo domínio de colisão se apercebam que está a existir uma colisão.

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Ethernet 802.3 • Protocolo de acesso ao meio CSMA/CD

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Ethernet 802.3 • Problemas da Ethernet – Baixa eficiência em carga elevada • O desempenho do CSMA/CD degrada-se com o aumento do número de máquinas por dominio de colisão e do tráfego • Muitas colisões – Desperdício de largura de banda

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Ethernet 802.3 • Transmissão Half-Duplex – A camada Ethernet MAC utiliza o protocolo CSMA/CD para enviar uma trama

• Transmissão Full-Duplex – A operação full-duplex (nos 2 sentidos em simultâneo) é uma capacidade MAC adicional muito simples – Apenas em ligações ponto-a-ponto – Não envolve regras de acesso ao meio Pedro António

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Ethernet 802.3 • Meios Físicos – Cabo coaxial, UTP, STP,...

• Taxa de Transmissão – 10Mbps em topologia BUS (original 802.3)

• Distância máxima do segmento

10BASE2 10BASE5 10BROAD36 10BASET 10BASEF

– 500m (10BASE5)

• Notação utilizada para as diversas implementações físicas – Taxa de Transmissão (Mbps) – Tipo de Meio (BASE – sinais digitais; BROAD – sinais analógicos, modulação) – Distância Máxima (m/100; T; F) • No caso de utilização de Hubs (topologia em estrela), utiliza-se a letra T (Twisted Pair) • No caso de utilização de Fibra Óptica, utiliza-se a letra F (Fiber) Pedro António

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Ethernet 802.3 • 10BASE5 – – – – – – – – – –

10 Mbit/s; Banda base; 500 metros máximo por segmento Topologia em BUS Cabo coaxial grosso 50Ω; Conectores tipo-N O número máximo de repetidores é 4 Cada segmento deve possuir um terminador tipo-N 50Ω Uso de transceivers (conversores) para ligar ao cabo coaxial Cada placa de rede possui uma ficha fêmea DIX (ou AUI ou DB15; 15 pinos) A distância máxima entre o transceiver e a estação é 50m O número máximo de estações por segmento é 100 Não permite full-duplex

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Ethernet 802.3 • 10BASE2 – – – – – – – – –

10 Mbit/s; Banda base; 185 metros máximo por segmento Topologia BUS Cabo coaxial fino (RG-58) e fichas BNC (não necessita transceivers) Placa de rede com ficha BNC fêmea Os segmentos possuem fichas BNC macho Máximo de 30 estações por segmento Número máximo de repetidores é 4 Um terminador de 50Ω em cada extremidade (apenas um deles ligado à terra) Não permite full-duplex

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Ethernet 802.3 • 10BASET – – – – – – –

10 Mbit/s; Banda base; A distância máxima entre o Hub e a estação é 100m Topologia Estrela Cabo UTP RJ 45 de cat. 3, 4 ou 5 O número máximo de hubs/repetidores é 4 Máximo de 1024 estações por segmento Podem-se ligar vários Hubs em daisy-chain (dezenas ou centenas de portas) Permite full-duplex (ponto a ponto)

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Ethernet 802.3 •

•

1BASE5 – 1 Mbit/s; Banda base; 500m máximo por segmento (cabo UTP) – Topologia Estrela – Não permite full-duplex 10Broad36 – 10 Mbit/s; Modulação; 3600 metros – Topologia BUS – Cabo coaxial RG-59 75Ω dos sistemas TV cabo – Não permite full-duplex

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Ethernet 802.3 • 10BASEF – – – –

10 Mbit/s; Banda base Ligação entre departamentos Permite full-duplex (ponto a ponto) Configurações: • 10BASE-FL (Fiber Link) – Ligação ponto a ponto ou estrela – Pode interligar estações e repetidores até 2 Km – Número máximo repetidores é 4

• 10BASE-FB (Fiber Backbone Link) – – – –

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Ligação ponto a ponto ou estrela Pode interligar repetidores até 2 Km Não permite ligação entre estações Número máximo repetidores é 4

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Token Ring 802.5 • Introdução – A primeira rede Token Ring surgiu nos anos 70 implementada pela IBM – A norma IEEE 802.5 é totalmente compatível com a Token Ring da IBM – Método de acesso por passagem de testemunho • Método determinístico (ou seja, é possível o cálculo do tempo máximo até à próxima transmissão) que reage bem a situações de carga da rede

– Usa componentes mais dispendiosos que CSMA/CD – Continua a ser a principal tecnologia LAN da IBM

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Token Ring 802.5 •

Acesso ao meio (não existem colisões) – Pequena trama especial: Token – A posse do Token garante o direito de transmissão – Se uma estação não possui informação para enviar, o Token é passado para a próxima estação – Uma estação deseja transmitir: • Quando uma estação quer transmitir dados, captura o Token. Um dos seus bits é alterado, servindo como cabeçalho de uma trama informativa, ao qual é anexada a informação • Quando uma estação está a transmitir não existe Token na rede • Mesmo após chegar ao destino a trama circula no anel • Quando chega à estação emissora, a trama é removida

– Depois de transmissão da trama, a estação: • Se não tem mais tramas, lança o Token no anel • Se tem continua a transmitir, mas até esgotar o tempo máximo de posse do Token (Token holding time)

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Token Ring 802.5 • Formato das tramas

SD – start delimiter ED – end delimiter AC – access control (bits de controlo: distinguir Token de uma trama de dados; bits de prioridade) FC – frame control (informação do tipo de trama: controlo ou dados) FS – frame status

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Token Ring 802.5 • Ligações Físicas – Topologia: • IBM: anel configurada como uma estrela • IEEE 802.5: não está especificada, mas a informação circula de forma circular

– As estações estão ligadas às MAUs (Multistation Access Unit), via cabo UTP ou STP e podem ser ligadas para formar um grande anel – As MAUs são concentradores, que incluem relés de bypass, permitindo a auto-configuração da rede após a detecção de problemas, removendo selectivamente as estações da rede que apresentem problemas

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Token Ring 802.5 • Especificações – – – –

Topologia física em estrela (Token Ring da IBM) UTP, STP ou FO Token Ring tradicional: 4Mbps, 16Mbps Recentes extensões à norma 802.5: • 100 Mbps HSTR (cat 5 e FO) • 1 Gbps HSTR (FO) (High Speed Token Ring Alliance)

– Nº máximo de estações é de 260 (STP) ou 72 (UTP) – Distância máxima entre a estação e o MAU é de 100 m (caso STP) – Cascata de 12 MAUs no máximo

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FastEthernet 802.3u • Objectivos – Manter o mesmo protocolo de nível MAC da Ethernet – Aumentar a velocidade de transmissão para 100 Mbps • O comprimento ocupado por um bit no meio diminui 10 vezes

• Características – Definido na norma IEEE802.3u (1995) – Diferentes meios físicos: UTP 3, UTP 5, fibra óptica

• Vantagens – – – –

Débito superior Baixo custo Capacidade de auto-negociação do débito a utilizar (10Mbps ou 100Mbps) Funcionamento em full-duplex

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FastEthernet 802.3u •

Normas para LANs a 100Mbps – FastEthernet (802.3u) • Seguimento da norma 802.3, mas com velocidades superiores • 3 configurações – 100BASET4 (4 pares) – 100BASETx (2 pares) – 100BASEFx (2 FO)

– 100VG AnyLan (802.12) • Criar um mecanismo MAC inteiramente novo, com base em hubs que controlam o acesso por um mecanismo de prioridades • Acesso ao meio baseado em prioridades das máquinas • A trama é a mesma que na Ethernet • Compatibilidade com redes Ethernet e Token Ring • UTP, S/UTP e STP de categoria 4 ou superior, fibra óptica multimodo • Tecnologia cara, menos madura que a Ethernet (não se impôs no mercado) Pedro António

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FastEthernet 802.3u • 100BASE-T4 – – – – – – – – – – –

100Mbps; Banda base; Comprimento máximo dos segmentos é 100m Topologia Estrela. Número máximo de repetidores é 1 4 Pares de fio (UTP categoria 3, 4 ou 5) 1 para transmissão, 2 para transmissão/recepção e 1 para recepção e CS/CD Conectores ISO 8877 (RJ45) Colisões são detectadas se houver sinal no par só de recepção Distância máxima hub - máquina: 100 m Só suporta modo half-duplex (shared) Velocidade de sinalização: 25MBaud (100 Mbps / 3 pares x 6/8 codif.) Codificação: 8B6

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FastEthernet 802.3u • 100BASE-T4 – Multiplexagem do sinal por 3 pares UTP-3

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FastEthernet 802.3u • 100BASE-TX – – – –

100 Mbps; Banda Base; Comprimento máximo dos segmentos é 100m Topologia Estrela Número máximo de repetidores é 1 2 Pares de fio (UTP categoria 5, STP) • 1 para transmissão e 1 para recepção

– – – – – –

Conectores ISO 8877 (RJ45) Colisões são detectadas se houver sinal no par de recepção Distância máxima hub - máquina: 100 m Velocidade de sinalização: 125 MBaud (4B5B) Codificação física: 4B/5B - scrambler - MLT-3 Suporte de full-duplex

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FastEthernet 802.3u • 100BASE-FX – – – – –

100 Mbps; Banda Base Topologia Estrela Comprimento máximo dos segmentos é 160m Número máximo de repetidores é 1 2 fibras ópticas multimodo 62.5/125 micron • Uma em cada direcção

– – – – – –

Conectores ST ou SC Distância máxima hub - máquina: 200 m; máquina - máquina: 400 m Velocidade de sinalização: 125 MBaud Colisões são detectadas se houver sinal nas 2 fibras Codificação física: 4B/5B - NRZI - (Sinalização contínua) Suporte de full-duplex

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FastEthernet 802.3u • Auto-Negociação – Características • Escolha entre 10Mbps ou 100Mbps • Escolha entre half-duplex e full-duplex • Só existe para UTP Cat 5

– Funcionamento • Quando a interface é inicializada são enviados sequências de impulsos LT a 100Mps (FLP) que são interpretados pelas estações a 10Mbps como um único impluso LT. Em cada sequência de impulsos: – os impulsos impares estão sempre presentes; – os impulsos pares representam 1 bit de informação de negociação

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GigabitEthernet •

Objectivos – – – –

Ligação entre equipamentos activos (Switches, Routers) Ligação a estações de trabalho de alto desempenho Manter o mesmo protocolo de nível MAC da Fast Ethernet Compatibilidade com o formato e tamanho de trama das tecnologias Ethernet a 10 e 100Mbps – Mesmos mecanismos de controlo de fluxo (half-duplex e full duplex a 1 Gbps) – Aumentar a velocidade de transmissão para 1000 Mbps • O comprimento ocupado por um bit no meio diminui 10 vezes

•

Características – Definido na norma IEEE 802.3z (1998/06) para fibra óptica – Definido na norma IEEE 802.3ab (1999/06) para UTP 5 – Define modo Shared e Full-Duplex • Na prática só se usa Full-Duplex

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GigabitEthernet

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GigabitEthernet 802.3z •

1000BASE-SX (Short Wavelength Laser) – Backbones de campus, backbones entre andares (switch a switch) – Fibra óptica multimodo • 2 fibras ópticas: Tx e Rx • Conectores SC

– Tecnologia mais barata (semelhante à tecnologia dos CD-ROM) – Laseres de 50 mícrons e frequência de 500MHz (standard mais caro) • O sinal é capaz de percorrer 550m

– Laseres de 50 mícrons mas a frequência de 400MHz • Distância de 500m

– Laseres de 62.5 mícrons e frequências de 200 e 160MHz • Apenas capazes de atingir 275 e 220 m, respectivamente

– Distância máxima switch - máquina: 550 m – Velocidade de sinalização: 625 MBaud – Codificação: 8B/10B Pedro António

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GigabitEthernet 802.3z •

1000BASE-LX (Long Wavelength Laser) – Ligações entre campus (switch a switch) – Até 5 Km usando fibra óptica monomodo – Fibra óptica multimodo e monomodo • 2 fibras ópticas: Tx e Rx • Conectores SC

– 1000BaseLX é o standard mais caro, atinge distâncias maiores – Laseres de 1300nm – Fibra óptica com núcleo de 9µm • O sinal é capaz de percorrer distâncias de até 5Km

– Fibra óptica com núcleo de 50 µm ou 62.5 µm, com frequências de 400 e 500MHz • O sinal percorre 550m

– Distância máxima switch - máquina: 5 Km – Velocidade de sinalização 625 MBaud – Codificação: 8B/10B Pedro António

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GigabitEthernet 802.3z • 1000BASE-CX (Short Haul Copper) – Clusters de servidores (interligação de equipamentos concentrados numa área restrita) e ligações entre switches. – Distâncias mais curtas – Cabos twiaxiais, um tipo de cabo coaxial com dois fios, dois cabos coaxiais juntos • Cabo STP de 150Ω

– É mais barato, mas tem o alcance de apenas 25 metros – Interligar servidores em data centers no mesmo rack ou em racks próximos – Na prática é raramente usado, pois actualmente é possível utilizar placas 1000BaseT, que utilizam cabos UTP comuns, muito mais baratos e práticos que os cabos twiaxiais – Distância máxima switch - máquina: 25 m – Velocidade de sinalização: 625 MBaud Pedro António

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GigabitEthernet 802.3ab • 1000BASE-T (Long Haul Copper) – “Gigabit over Copper” (GoC) – Ligações de switches a estações e servidores – Transmissão simultânea nos 4 pares de fio (UTP Cat. 5/5e) • 4 para transmissão e 4 para recepção (250 Mbps x 4) • Cada par é usado para transmissão e para recepção

– – – –

Distância máxima switch - máquina: 100m Permite utilizar a cablagem existente Codificação: Trellis 4D 8-state - PAM5 - pulse shaping Uso massiço de DSP (Digital Signal Processor)

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GigabitEthernet • Cenários de Migração – Upgrading das ligações entre servidores e switches • Cenário mais simples • Envolve o upgrading de um switch FastEthernet (10/100) para GigabitEthernet (10/100/1000) • Para obter ligação de alto débito a um super-servidor com placas de rede a 1000 Mbps

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GigabitEthernet • Cenários de Migração – Upgrading das ligações switch-switch • Upgrading de uma ligação a 100Mbps entre switches FastEthernet para uma ligação a 1000Mbps entre switches 10/100/1000 • Módulos GigabitEthernet

– Upgrading de um backbone Fast Ethernet • Um switch de backbone FastEthernet que agrega múltiplos switches 10/100 substituído por um switch GigabitEthernet suportando múltiplos switches 10/100/1000 e outros dispositivos, como hubs, com interfaces Gigabit Ethernet e Uplinks

– Upgrading de um backbone FDDI • Um backbone FDDI de um campus ou edifício poderá evoluir substituindo o hub FDDI (ou router Ethernet/FDDI) por um switch Gigabit Ethernet. • Aproveita-se toda a FO, tudo o resto não

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10GigabitEthernet • Objectivos – Ligação entre equipamentos de rede activos (Switches, Routers)

• Características – Definido na norma IEEE 802.3ae (2002) para fibra óptica multimodo e monomodo – Define apenas modo Full-Duplex – Codificação 64B/66B – Mantém o formato da trama Ethernet – Operação a 10Gbps – Surge também como tecnologia de backbone – Expande a utilização da Ethernet a redes MAN e WAN

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10GigabitEthernet •

Configurações FO – 10GBASE-SR (short range) • Distância máxima: 26m ou 82m; FO multimodo

– 10GBASE-LRM • Até 220m; FDDI; FO multimodo; 802.3aq

– 10GBASE-LR (long range) • Até: 10Km ou 25Km; FO monomodo (1310nm)

– 10GBASE-ER ("extended range") • Até 40Km; FO monomodo (1550nm)

– 10GBASE-LX4 • Distâncias entre 240m e 300m; FO multimodo • Distâncias até 10Km; FO monomodo

– WAN • 10GBASE-SW, 10GBASE-LW, 10GBASE-EW Pedro António

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10GigabitEthernet • Configurações Cobre – 10GBASE-CX4 • 802.3ak; Até 15m

– 10GBASE-T • 802.3an; cabos UTP e STP • cat 6: até 56m • cat 7: até 100m Pedro António

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FDDI • Introdução – – – – – – – – – – –

FDDI = Fiber-Distributed Data Interface Tecnologia definida nas normas ANSI X3T9.5 e ISO 9314 A norma FDDI surgiu para solução de alguns problemas de fiabilidade Fiabilidade elevada Custo elevado Menos comum que as redes Ethernet e Token Ring Tipicamente usada como tecnologia de backbone para interligação de LANs 100Mbps Topologia em anel, método de acesso ao meio por passagem de testemunho Distância até 100Km (anel duplo), com um máximo de 500 estações Cabos de cobre STP ou UTP (CDDI) e fibra óptica (FDDI)

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FDDI • Cablagem FDDI – Anel duplo (1 par de FO multimodo) – Em caso de falhas: • Caso falhe apenas uma fibra, a outra pode ser utilizada como fibra de recurso • Se as duas fibras forem cortadas no mesmo ponto, o sistema reconfigura-se formando um anel (simples) com aproximadamente o dobro do comprimento. Isto é feito ao nível de uma estação

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FDDI • Tipos de estações FDDI – Estações Classe A (DAS - Dual Atached Station) – Estações Classe B (SAS - Single Atached Station) • Ligam-se através de um concentrador • Este isola as estações SAS de forma a não comprometer a fiabilidade do anel • Por exemplo garante que uma falha, ou queda de energia, de uma SAS, não interrompa o anel

– A FDDI define a configuração das estações FDDI, incluindo: • Remoção e inserção de estação • Inicialização • Recuperação e isolamento de falha

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FDDI • Codificação de linha e acesso ao meio – Codificação 4B5B (exige apenas 125Mbaud) – Acesso ao meio é similar à tecnologia Token Ring

• Suporte de tráfego síncrono e assíncrono – A largura de banda síncrona é alocada às estações que exigem tráfego continuo (isócrono) – Largura de banda garantida (exemplo: voz e vídeo) – O restante da largura de banda é usada para tráfego assíncrono – A largura de banda assíncrona é alocada usando um esquema de prioridades – Aplicações não sensíveis a atrasos

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FDDI • Trama

Preamble: Prepara a recepção da trama. Start delimiter: Inicio da trama. Frame control: Indica o tipo de trama (dados, controlo) e se os dados são assíncronos ou síncronos. Destination address: Unicast, multicast ou broadcast (6 bytes). Source address: 6 bytes. Data: Dados síncronos ou assíncronos. FCS: Detecção de erros. End delimiter: Sinalização do fim da trama. Frame status: Permite à estação emissora verificar se a trama foi bem recebida. Pedro António

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Wireless Ethernet 802.11 • Introdução – Wi-Fi = Wireless Fidelity – As WLAN (Wireless LANs) são uma classe minoritária de redes, mas que gradualmente tem crescido em termos de número – As transmissão de dados nas WLAN’s é feita através do ar via ondas rádio ou infra-vermelho, ao invés de coaxial, UTP ou FO • Meio envolvente pode interferir no sinal

– Não são apenas uma alternativa às LANs tradicionais – Podem complementar as LANs existentes, combinando conectividade com mobilidade e simplicidade de instalação e de gestão

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Wireless Ethernet 802.11 • Aspectos atractivos das redes WLAN – Flexibilidade e escalabilidade • Rede pode atingir grande diversidade de zonas, que são facilmente reconfiguráveis

– Mobilidade • Utilizadores acedem à rede independentemente do local que se encontrem • Maior eficiência e produtividade

– Rapidez e facilidade de instalação • Cablagem a instalar reduzida ou nula (eventual ausência de trabalhos de construção civil) • Rápida instalação da rede

– Custo reduzido • Hardware mais caro do que o das LANs tradicionais, mas custos de instalação e alteração de configuração da rede muito inferiores Pedro António

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Wireless Ethernet 802.11 • Desvantagens das redes WLAN – Qualidade de serviço, o sinal pode ser interrompido por equipamentos que operam dentro da mesma gama de frequências (telemóveis ou microondas) – Segurança – Baixa transferência de dados – Aumento da energia electromagnética com consequências para a saúde ainda desconhecidas

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Wireless Ethernet 802.11 • Potencial de aplicações – Zonas ou edifícios antigos – Medicina – Redes para suporte de actividades temporárias ou sujeitas a reconfigurações frequentes • Exemplo: suporte a eventos

– Extensão da rede a armazéns e zonas de produção – Utilização em ambientes de ensino ou de conferência – Utilização em redes pessoais (PAN – Personal Area Networks) • Exemplo: interligação de computadores e periféricos

– Utilização como backup de redes com fios

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Wireless Ethernet 802.11 •

Três técnicas de transmissão em espaço livre – Transmissão em banda estreita • Bandas de frequência específicas e os mais estreitas possível • Distribui-se os diferentes utilizadores por diversos canais de frequência, separados por filtragem • Objectivo: alcançar o maior aproveitamento da largura de banda disponível

– Transmissão em spread spectrum (“espalhamento” espectral) • Larguras de banda maiores (exemplo: entre os 2.400 e os 2.483 GHz) o que facilita a detecção e recepção dos sinais • É a tecnologia mais utilizada nas WLANs • Utilizada para transmissão em distâncias inferiores a 3 km

– Transmissão por infravermelhos • Frequências muito elevadas, imediatamente abaixo do espectro de frequência de luz visível (zona dos infravermelhos) • Apenas para pequenas distâncias (mesma divisão de um edifício) Pedro António

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Wireless Ethernet 802.11 • Topologias IEEE 802.11 – Nas redes WLAN é partilhado o ar (os dispositivos usam as mesmas frequências) • Os dispositivos designados como APs (Access Points) têm funções semelhantes a um Hub • Após os sinais chegarem aos APs são difundidos em todas as direcções • Estes podem estar ligados a uma rede Ethernet cablada

– Configurações com APs (Infra-estrurura) e sem APs (Ad-Hoc) – Os APs deverão ter activos mecanismos de autenticação do utilizadores e de cifragem da informação (WEP – Wired Equivalent Privacy) – Os computadores na WLAN deverão ter uma placa de rede (NIC) com transmissor rádio que comunica com o AP

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Wireless Ethernet 802.11 •

Método de acesso ao meio IEEE 802.11 – Normalmente é utilizado o CSMA/CA similar ao CSMA/CD, em que as estações escutam o meio e apenas transmitem quando o meio está livre: – 1) Procedimento PCSM (Physical Carrier Sense Method): Só transmite o próximo pacote após a confirmação (ACK) do anterior (Stop and Wait). O tempo de espera pela confirmação é suficientemente pequeno para não monopolizar o meio. Pacote 1

PC

Ack 1

AP

Pacote 2

– 2) Procedimento VCSM (Virtual Carrier Sense Method): Antes de transmitir, a estação pede permissão de transmissão ao AP (RTS – Request to Send). Se este responder com CTS (Clear to Send), todas as estações em redor escutam o CTS e permanencem “silenciosas” durante o intervalo de tempo especificado no CTS.

PC

RTS

CTS

AP

Pacote 1

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Wireless Ethernet 802.11 • Normalização – Variedade de produtos para WLANs, a maior parte específica de cada fabricante (soluções proprietárias) • • • •

Equipamentos variam em débito suportado (e consequentemente preço) Podem atingir débitos de algumas dezenas de Mbps Vantagem: melhor adaptação a soluções ou ambientes particulares Desvantagem: interoperabilidade e liberdade de escolha

– IEEE 802.11 foi a primeira norma reconhecida internacionalmente, para comunicação wireless, em ambiente LAN, a 1 e 2 Mbps • Define as características a nível físico (transmissão/recepção wireless) e o protocolo de acesso ao meio

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Wireless Ethernet 802.11 •

Normalização – IEEE 802.11b • Na banda de frequências dos 2.4GHz (2.4 GHz a 2.4835 GHz) • Débitos de 1Mbps, 2Mbps, 5.5Mbps e 11Mbps (tipicamente 2 - 4 Mbps).

– IEEE 802.11a • • • •

Na banda de frequências dos 5GHz (5.725 GHz a 5.850 GHz). Utiliza uma banda menos ocupada Débitos previstos de 54Mbps (tipicamente 20 - 26 Mbps) Não compatível com 802.11b

– IEEE 802.11g • Na Europa a banda dos 5GHz não está livre. Banda de frequências dos 2.4GHz • Débitos previstos de 54 Mbps. • Compatível com 802.11b.

– Em todas estas normas os débitos variam em função da distância e ambientes • Até 100 metros (Wi-Fi)

– O posicionamento das antenas pode exigir estudo aprofundado

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Wireless Ethernet 802.11 • Normalização – IEEE 802.11i • Wi-Fi Protected Access (WPA e WPA 2) standard de segurança instituído para substituir o standard WEP (Wired Equivalent Privacy) que possuía falhas de segurança graves, permitindo que a chave de criptografia fosse descoberta após escuta da comunicação durante algumas horas

– IEEE 802.11n (previsto para 2007) • Maior largura de banda
540Mbps (teórico) – MIMO (multiple input, multiple output antennas)

• Operam nas frequências 2.4GHz e 5GHz

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Wireless Ethernet 802.11 Padrão 802.11b & g 802.11b & g 802.11b & g 802.11b & g 802.11b & g 802.11a 802.11a 802.11a 802.11a

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Região/País América do Norte Europa Japão Espanha França América do Norte América do Norte América do Norte América do Norte

Frequência 2,4-2,4835 GHz 2,4-2,4835 GHz 2,4-2,497 GHz 2,4-2,4875 GHz 2,4-2,4835 GHz 5,15-5,25 GHz 5,25-5,35 GHz 5,47-5,725 GHz 5,725-5,825 GHz

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Potência 1000 mW 100 mW 10 mW/MHz 100 mW 100 mW 40 mW 200 mW não aprovado 800 mW

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Wireless Ethernet 802.11 • Equipamentos – Routers Sem Fios

– Placas de rede

– Access Points

– Adaptadores USB WLan

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Bluetooth 802.15 •

Bluetooth – www.bluetooth.org – Tecnologia utilizada nas PAN (Personal Area Network), onde se pretende recorrer a tecnologias de comunicação sem fios para interligar computadores, periféricos e telefones – O objectivo é interligar dispositivos numa área muito pequena (geralmente inferior a 10 metros), a um débito de 1 Mbps aproximadamente (768 Kbps reais) – A versão 2.0 permite débitos até 2,1 Mbps – Os dispositivos Bluetooth são de dimensões reduzidas e baratos – As redes Bluetooth são designadas por piconets (tipicamente com um máximo de 8 dispositivos) • Podem ser interligadas formando redes maiores – Os transceivers Bluetooth têm um endereço único de 48 bits, de acordo com a norma IEEE 802, e operam na banda dos 2.45GHz: Banda ISM – Industrial Scientific and Medical (interfere com a Wireless Ethernet 802.11b)

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Bluetooth 802.15 • Bluetooth – Não é necessária linha de vista – Suporta um canal de dados assíncrono e até três canais síncronos de voz – Cada célula Bluetooth suporta até dez dispositivos: • Sete canais – serviços de dados • Três canais – serviços de voz

– Exemplos: ligação de um rato a um PC, auricular ao Telemóvel, etc.

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Bluetooth 802.15

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IrDA • WLAN’s por Infra-vermelhos – Menos flexíveis que as WLANs RF pois requerem alinhamento entre o transmissor e o receptor – Aplicações: • Entre edificios; Entre Hubs; Entre transmissor e Hub.

– Débitos 1 a 4Mbps, alguns sistemas a 100 Mbps ou mais – Recentemente surgiu o infravermelho difuso que não requer alinhamento perfeito – Exemplo: Norma IrDA (www.irda.org) Infrared Data Association • • • •

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PC’s e Periféricos Distâncias de 1-2 metros Bidireccional 9600 bps a 115 kbps (custo reduzido); 4 Mbps (custo razoável).

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Referências • Andrew S. Tanenbaum, "Computer Networks", Prentice Hall • Edmundo Monteiro e Fernando Boavida, "Engenharia de Redes Informáticas", FCA • Vasco Soares; Slides de “Sistemas e Redes de Computadores”; Eng. Informática; Escola Superior de Tecnologia

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