O termo Ethernet refere-se a uma família de padrões que, juntos, definem as camadas Física e de Enlace. Os diferentes padrões variam em termos de velocidade suportada, sendo 10 Mbps, 100Mbps e 1000 Mbps(1 gigabit por segundo ou Gbps). Os padrões diferem no que diz respeito ao tipo de cabeamento e ao comprimento máximo permitido para os cabos.

Os padrões Ethernet mais comuns permitem o uso do cabeamento de par-trançado não blindado (unshielded twisted-par, ou UTP), enquanto outros pedem cabeamento de fibra ótica, mais caro. Para dar suporte aos vários tipos de requerimentos como velocidades, cabeamentos e outros fatores muitas variações de padrões Ethernet foram criadas pelo Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos ou IEEE.

A maioria dos padrões define uma variação da Ethernet no nível da camada física, com diferenças em velocidade e tipos de cabeamento. Para a camada de enlace o IEEE separa as funções em duas sub-camadas:

  • A sub-camada de Controle de acesso à mídia 802.3 (802.3 Media Access Control ou MAC)
  • A sub-camada de Controle de enlace lógico 802.2 (802.2 Logical Link Control, ou LLC)

OSI x IEEE

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  • LLC (802.2) – Responsável por identificar protocolos da camada de rede, e encapsulá-los. Também provê controle de fluxo e sequenciamento dos bits de controle. Verifica o protocolo da camada de rede e especifica o seu destino. Ex: Assim que um host recebe um frame, ele analisa o cabeçalho LLC para entender para qual protocolo da camada de rede (IP, IPX) ele é destinado.
  • MAC (802.3) – Define como os pacotes são alocados e transmitidos no meio físico. O endereçamento físico é definido nessa subcamada, assim como a topologia lógica.

Redes Ethernet utilizam uma técnica de acesso chamada CSMA-CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ou acesso múltiplo com detecção de portadora e detecção de colisão), o que permite aos dispositivos o compartilhamento homogêneo da largura de banda, evitando que dois dispositivos transmitam simultaneamente em um mesmo meio. A técnica foi a solução encontrada para o problema de colisões.

O funcionamento é relativamente simples, no intervalo de tempo entre o término da transmissão de um pacote e a geração de novos, outros hosts podem utilizar o meio de comunicação para enviar seus próprios pacotes. Quando um host deseja transmitir através da rede, ele primeiramente verifica se há presença de sinal no meio (ele “ouve” o meio ).  Caso não seja constatada a presença de sinal (nenhum outro host transmitindo) o host inicia então a sua transmissão. O host constantemente monitora o meio e, caso seja detectado outro sinal dele, um sinal de congestionamento é enviado, ocasionando uma pausa na transmissão de dados pelos outros hosts. Os Hosts respondem ao sinal de congestionamento esperando um determinado intervalo de tempo antes de tentarem novamente o envio de dados. Após 15 tentativas sem sucesso (15 colisões), um time-out ocorrerá.

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Half-duplex e Full-duplex Ethernet

Half-duplex: Utiliza apenas um par de cabos com sinal fluindo em ambas as suas direções, o que significa que colisões podem ocorrer. Não é possível a rede Half duplex transmitir a taxas superiores a 10Mpbs.

Full-duplex: Utiliza dois pares de cabos. Não há colisões, uma vez que ela disponibiliza  um par para a transmissão e outro, independente, para a recepção de dados. É possível obter uma taxa de transferência da ordem de 100Mbps em ambas as direções. Nesse tipo de ambiente, as estações Ethernet podem esquecer o processo de detecção de colisão.

Quadro Ethernet IEEE 802.3

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O quadro ethernet IEEE 802.3 é dividido em campos. Os principais campos podem ser descritos da
seguinte maneira:

  • Preâmbulo (Preamble): Sequência alternada de 1 e 0 que provê um clocking de 5MHz no início de cada pacote, permitindo ao recipiente “travar” a cadeia de bits sendo recebida. O preamble usa um campo de sincronização SFD ou SOF (Start-of-Frame e delimiter) para indicar a estação receptora que a porção contendo dados da mensagem irá na sequência.
  • Destination Address: contem o endereço MAC do destinatário;
  • Source Address: contem o endereço MAC do remetente;
  • Type/Length: indica o tamanho em Bytes do campo de dados;
  • Data: comtem os dados que deverão ser passados a próxima camada, deve ter tamanho mínino
    de 46 bytes e máximo de 1500 bytes;
  • FCS – Frame Check Sequence: contem o Cyclic Redundancy Check (CRC). Faz checagem baseada em algorítimos matemáticos para verificação da integridade dos frames transmitidos. Identifica frames corrompidos, porém não os corrige.

É importante notar que o frame IEEE 802.3 não seria capaz de identificar o protocolo de camada superior (Rede). O IEEE definiu a especificação 802.2 LLC (Logical Link Control) que incorpora essa e outras funções. Por esse motivo, o frame IEEE 802.3 encapsula um frame 802.LLC em seu campo de dados.

Os tipos mais comuns de Ethernet

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Tipos de cabos e conectores

· Cabo UTP (Unshielded Twisted Pair, ou par trançado não blindado) – 10BaseT, 100BaseT

· Coaxial fino (Thin Ethernet – 10Base2) – operam com apenas 10 Mbit/s – CONECTOR BNC

· Coaxial grosso (Thick Ethernet – 10Base5) – operam com apenas 10 Mbit/s – CONECTOR AUI

Para compreender melhor a especificação de cada tecnologia Ethernet clique aqui

Observações:

– As abreviaturas base e broad significam: banda base (“baseband” – sinais digitais) ou banda larga (“broadband” – sinais analógicos)

– O T e o TX referem-se ao fato de que cada um desses padrões define o uso de cabeamento UTP ( T de par trançado).

– O thicknet é um cabo coaxial relativamente rígido, com cerca de 1,25 cm de diâmetro. Às vezes é chamado de Ethernet padrão porque foi o primeiro tipo de cabo utilizado com a arquitetura de rede bastante conhecida, Ethernet. O núcleo de cobre é mais espesso do que um thinnet. Quanto mais espesso for o núcleo de cobre, para mais longe o cabo poderá transportar os sinais. Isso significa que o thicknet pode transportar sinais para mais longe que o thinnet. O thicknet pode transportar um sinal por 500 metros.

– O thinnet é um cabo coaxial flexível de cerca de 0,63 cm de espessura. Por ser flexível e fácil de manipular, este tipo de cabo coaxial pode ser utilizado em quase todos os tipos de instalação de rede. As redes que utilizam o thinnet conectam o cabo diretamente a uma placa adaptadora de rede do computador. O cabo coaxial thinnet pode transportar um sinal por até aproximadamente 185 metros, antes de o sinal começar a sofrer atenuação.

– NIC (Network Interface Card) é a placa de rede ou adaptador de rede, ela oferece capacidades de comunicações nos dois sentidos entre a rede e um computador pessoal. Em um sistema de computação desktop, é uma placa de circuito impresso que reside em um slot na placa-mãe e provê uma interface de conexão ao meio de rede.

Endereçamento Ethernet

O IEEE especifica que todos os dispositivos endereçáveis de rede deverão possuir um endereço de hardware único composto de 6 bytes de informação. O endereço é gravado em cada cartão do controlador de interface de rede (NIC)durante a fabricação. A disponibilidade de endereços é rigorosamente controlada pelo IEEE.

O IEEE atribui a cada fabricante de hardware de rede um identificador de fabricante exclusivo e um bloco de números que o fabricante normalmente atribui sequencialmente a cada peça de hardware. A combinação do ID (identificação) do fabricante e o número sequencial forma o endereço Ethernet comum de 48 bits (6 bytes) ou endereço MAC.

Os 3 primeiros bytes ou 24 bits do endereço contêm a identificação do fabricante ou o OUI (Organizationally  Unique identifier)  e os 3 últimos bytes ou 24 bits (porção Vendor Assigned), contêm uma sequência númerica exclusiva aos produtos daquele fabricante. O esquema de numeração é fornecido em formato hexadecimal (0-9 hexa e A-F hexa).

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Placa de rede e conector RJ-45

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Placa de rede equipada com conector BNC e conector BNC

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Par trançado não-blindado (UTP)

O UTP é o tipo mais popular de cabo de par trançado e é sem dúvida o mais popular cabeamento de LAN. O comprimento máximo de segmento de cabo é de cerca de 100 metros. O UTP é constituído por dois fios de cobre isolados. Dependendo da finalidade, há especificações de UTP que controlam o número de torções permitidas por metro de cabo. O cabo UTP é  normalmente o mais utilizado.

O UTP é especificado no Commercial Building Wiring Standard (padrão cabeamento de prédios comerciais), da Associação de Indústrias Eletrônicas e Associações de Indústrias de Telecomunicações (EIA / TIA, Electronic Industries Association / Telecommunications Industries Association) 568. A EIA /TIA 568 utilizou o UTP para criar padrões que se aplicam a várias situações de construção e cabeamento e garantir a compatibilidade de produtos para os clientes. Esses padrões incluem cinco categorias de UTP:

Categoria 1: Refere-se ao cabo telefônico UTP tradicional que pode transportar voz, mas não dados. A maioria dos cabos telefônicos anteriores a 1983 era de cabos pertencentes à Categoria 1.

Categoria 2: Esta categoria certifica o cabo UTP para transmissões de dados de até 4 Mbps (megabits por segundo). Contém quatro pares trançados.

Categoria 3: Esta categoria certifica o cabo UTP para transmissões de dados de até 10 Mbps. Contém quatro pares trançados com cerca de nove torções por metro.

Categoria 4: Esta categoria certifica o cabo UTP para transmissões de dados de até 16 Mbps. Contém quatro pares trançados.

Categoria 5: Esta categoria certifica o cabo UTP para transmissões de dados de até 100 Mbps. Contém quatro pares trançados de fio de cobre.

Categoria 5e e 6: Esta categoria certifica o cabo UTP para transmissões de dados em Gigabit Ethernet. Contém quatro pares trançados de fio de cobre.

– Um problema potencial com todos os tipos de cabos é a diafonia. Você deve se lembrar que a diafonia é definida como sinais de uma linha que se misturam com sinais de outra. O UTP é especificamente suscetível à diafonia. A blindagem é utilizada para reduzi-la.

Tipos de Diafonia

Existem três tipos distintos de diafonia:

• Diafonia Próxima (NEXT – Near-end Crosstalk)

• Diafonia Distante (FEXT – Far-end Crosstalk)

• Diafonia Próxima por Soma de Potências (PSNEXT – Power Sum Near-end Crosstalk)

Um aspecto mais importante do que a freqüência de operação nos cabos existentes, são os fatores de desbalanceamento do sistema, ou o que chamamos de diafonia, erros em loops digitais.

Lembre-se: Crosstalk ou diafonia é a medida da interferência elétrica gerada em um par pelo sinal que está trafegando num par adjacente dentro do mesmo cabo. A menor interferência acarreta um melhor desempenho do crosstalk ou diafonia (mais dBs de isolamento). A baixa interferência entre pares é crítica para a confiabilidade das aplicações das categorias 3, 4 e 5 para cabos UTP de 4 pares exigem uma avaliação do crosstalk, ou diafonia, com o método par a par (NEXT).

Cabeamento Ethernet UTP

Temos disponível no blog uma vídeo aula demonstrando como realizar a crimpagem de Cabo LAN/UTP  utilizando o padrão T-568A

O link abaixo complementa com um  passo a passo como crimpar e distinguir diferentes tipos de cabos, é uma demonstração que faz parte do livro  Redes, Guia Prático. Recomendo!

http://www.gdhpress.com.br/redes/leia/index.php?p=cap1-17

Um Switch de rede local está conectado ao computador. O cabo que conecta da porta do switch à porta da placa de rede é denominado um cabo direto

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Use cabos diretos para o seguinte cabeamento:

• Comutador ao roteador.

• Comutador para o PC ou servidor.

• Hub para PC ou servidor.

Dois switches são conectados juntos. O cabo que conecta de uma porta do switch a outra porta de switch é denominado um cabo cruzado

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Use cabos cruzados para os seguintes cabeamentos:

• Comutador para comutador.

• Comutador para hub.

• Hub para hub.

• Roteador para roteador.

• PC para PC.

• Roteador para PC.

Importante:

O cabo que conecta o adaptador RJ-45 na porta COM do computador à porta do console do roteador ou switch é denominado um cabo rollover.

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  • Os PC’s exigem um adaptador de rede RJ-45 para DB-9 ou de RJ-45 para DB-25
  • As configurações da porta COM são 9600 bps, 8 bits de dados, sem paridade,1 bit de parada, sem controle de fluxo.
  • Isto proporciona acesso de console fora da banda
  • A porta de comutação AUX pode ser utilizada para um console conectado por um modem

Referência

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ethernet

http://penta2.ufrgs.br/tp951/protocolos/13llcb.html

http://www.laercio.com.br/artigos/old/old-023/old-023.htm

http://www.projetoderedes.com.br/artigos/artigo_metodo_de_acesso_csma_cd.php

http://www.ieee802.org/3/

http://informatica.hsw.uol.com.br/ethernet7.htm

http://www.juliobattisti.com.br/tutoriais/paulocfarias/redesbasico011.asp

http://www.fesppr.br/~airton/2007/redes/AP02-ETHERNET.pdf