O processo CSMA é usado para detectar primeiro se o meio físico está transportando um sinal. Se um sinal portador no meio físico de outro nó for detectado, isso significa que outro dispositivo está transmitindo dados. Quando o dispositivo tentar transmitir e notar que o meio físico está ocupado, ele irá esperar e tentar novamente após um curto período de tempo. Se nenhum sinal portador for detectado, o dispositivo transmitirá seus dados. É possível que o processo CSMA falhe e dois dispositivos transmitam dados ao mesmo tempo. Isso é chamado de colisão de dados. Se isso ocorrer, os dados enviados por ambos os dispositivos serão corrompidos e precisarão ser reenviados. Show Os métodos de controle de acesso ao meio físico baseados em contenção não requerem mecanismos para rastrear de quem é a vez de acessar o meio físico; portanto, eles não têm a sobrecarga dos métodos de acesso controlado. No entanto, os sistemas baseados em contenção não escalam bem sob uso intenso do meio físico. À medida que o uso e o número de nós aumentam, a probabilidade de acesso bem-sucedido ao meio físico sem colisão diminui. Além disso, os mecanismos de recuperação necessários para corrigir erros devido a tais colisões ainda diminuem a taxa de transferência. Como mostrado na figura, o CSMA é geralmente implementado em conjunto com um método para resolver a contenção do meio físico. Os dois métodos frequentemente usados são: Detecção de colisão/CSMA Na Detecção de colisão/CSMA( CSMA/CD ), o dispositivo monitora o meio físico para verificar a presença de um sinal de dados. Se um sinal de dados estiver ausente, indicando que o meio físico está livre, o dispositivo transmitirá os dados. Se forem detectados sinais que mostram que outro dispositivo estava transmitindo ao mesmo tempo, todos os dispositivos param de enviar e tentam novamente mais tarde. Foram desenvolvidas formas tradicionais de Ethernet para usar esse método. A incorporação ampla de tecnologias de switching em redes modernas tirou em grande parte a necessidade original de CSMA/CD em redes locais. Quase todas as conexões com fio entre dispositivos em uma rede local atualmente são conexões em full-duplex, um dispositivo pode enviar e receber simultaneamente. Isso significa que, quando as redes Ethernet são projetadas com a tecnologia CSMA/CD, com dispositivos intermediários atuais, não há colisões e os processos usados pelo CSMA/CD são realmente desnecessários. No entanto, as conexões sem fio em um ambiente de rede local ainda precisam levar em conta as colisões. Os dispositivos de rede local sem fio usam o método de acesso ao meio físico de CSMA/prevenção de colisão (CSMA/CA). Prevenção de colisão/CSMA Na CSMA/CA, o dispositivo examina o meio físico para verificar a presença de sinal de dados. Se o meio físico estiver livre, o dispositivo enviará uma notificação pelo meio físico com sua intenção de usá-lo. O dispositivo então envia os dados. Esse método é usado por tecnologias de rede sem fio 802.11. Andr� Moreira () As redes Ethernet utilizam o protocolo CSMA/CD para coordenar o acesso ao meio de transmiss�o. O endere�amento � feito com base numa sequ�ncia de 6 bytes (48 bits) habitualmente conhecida por endere�o f�sico, endere�o MAC ou endere�o �ethernet�. Alguns tipos de rede 802.3 mais antigos (ex.: StarLan) usam apenas dois bytes para endere�o f�sico. Formatos de trama EthernetAs tramas 802.3 usam um cabe�alho de 14 bytes: 6 bytes para o endere�o de origem; 6 bytes para o endere�o de destino e mais dois bytes contendo o n�mero de total de bytes de dados transmitidos. Esta soma de controlo permite detectar erros mais graves (por exemplo colis�es). Depois dos dados surge o FCS correspondente ao CRC-32, � calculado com base em todos os campos da trama. Quando ocorre uma colis�o os emissores param e emitem um sinal de 48 bits designado por �jam� resultando numa trama designada por �jabber�, cuja soma de controlo � diferente dos dados transmitidos esta trama serve para avisar todos os n�s de que ocorreu uma colis�o. Para efeitos de sincroniza��o, no inicio da trama � transmitida uma sequ�ncia de 8 bytes: 7 bytes contendo 10101010 (preambulo) que s�o usados para sincroniza��o de bit, seguido de um byte conhecido por SFD (�Start Frame Delimiter�) contendo 10101011 que permite aos receptores detectarem o inicio da trama (sincroniza��o de byte). Entre os dados e o FCS pode ainda existir um campo (PAD) adicionado para que a trama tenha o comprimento m�nimo exigido de 512 bits (64 bytes). O formato de trama 802.3 � apresentado na figura seguinte, bem como o aspecto final de uma trama 802.2 encapsulada na trama 802.3.  Os formatos de trama 802.3/802.2 n�o s�o meticulosamente seguidos por todas as implementa��es, em muitos casos a trama 802.3 � usada directamente. A trama LLC (802.2) tem como principal objectivo definir um mecanismo de multiplexagem que permita a v�rios protocolos distintos usar em simultaneo o mesmo recurso, assim a cada protocolo � atribuido um SAP �nico que evita conflitos entre protocolos. Como foi referido na pr�tica nem sempre se usa a trama LLC, assim podemos considerar quatro tipos de trama que podem existir numa rede Ethernet:
Em termos pr�ticos o mais aconselh�vel � uma dada rede usar apenas um tipo de "trama", de entre os v�rios formatos podemos verificar que a trama "Ethernet II" � a que permite transportar a maior quantidade de dados (1500 bytes). A quantidade de dados transportada pelas tramas � habitualmente conhecida por MTU ("Maximum Transfer Unit"). Este � um dado importante para os protocolos de n�vel superior j� que estes protocolos ter�o de criar os seus pacotes de tal forma que se ajustem a este valor m�ximo. N�vel f�sico das redes 802.3O n�vel f�sico da norma 802.3 pode ser de diferentes tipos, para proporcionar uma certa independ�ncia relativamente ao n�vel MAC est� estruturado em dois sub-n�veis:
Nas implementa��es mais correntes os dados s�o codificados usando o codigo de Manchester, trata-se de uma codifica��o bif�sica com transi��es de n�vel em todos os bits. Com taxas de 10 Mbit/s a frequ�ncia m�xima do sinal � de 10 MHz, mas tem a vantagem de facilitar a manuten��o do sincronismo durante a recep��o. Para garantir independ�ncia entre estes dois sub-n�veis, a interface entre eles est� normalizada, sendo conhecida por �Attachment Unit Interface� (AUI), normalmente materializada por fichas D de 15 pinos. A interface do PMA com a cablagem � conhecida por MDI (�Medium Dependent Interface�). O conjunto PMA + AUI + MDI designa-se por MAU (�Medium Attachment Unit�) ou simplesmente �transciver�. O �transciver� pode ou n�o estar fisicamente integrado no PLS, quando � esse o caso, n�o existe interface AUI. Se existe a interface AUI � poss�vel a utiliza��o alternativa de v�rios tipos de cablagem por simples permuta do �transciver�. Os v�rios tipos de n�vel f�sico alternativos para a norma 802.3, s�o normalmente representadas segundo a seguinte conven��o: TTbaseD ou TTbroadD As letras TT s�o substitu�das pela taxa de transmiss�o nominal em Mbit/s, a letra D � substitu�da pelo comprimento m�ximo de cada segmento, em centenas de metros. Os segmentos podem ser interligados por repetidores, o comprimento m�ximo que toda a rede pode ter � designado dom�nio de colis�o. As abreviaturas base e broad s�o utilizadas conforme se trate de banda base (�baseband� - sinais digitais) ou banda larga (�broadband� - sinais anal�gicos). A tabela seguinte mostra alguns exemplos:
"Fast Ethernet" (100baseT)A utiliza��o de taxas de 100 Mbit/s (vulgarmente conhecida por �Fast Ethernet�) obrigou a modifica��es apenas no n�vel f�sico. O MAC e LLC mant�m-se, o que permite uma total compatibilidade com as vers�es a 10 Mbit/s. Existem duas implementa��es bastante diferentes para o "fast ethernet": 100baseTX e 100baseFXAs implementa��es 100baseTX e 100baseFX s�o copiadas do FDDI, logo a estrutura do n�vel f�sico � diferente. A figura seguinte ilustra as camadas dos n�veis f�sicos nos dois casos: O n�vel PLS foi substituido pelo PMI (�Physical Medium Independent�). A interface AUI foi substituida pela MII (�Media Independent Interface�). O PMA tamb�m foi alterado passando a chamar-se PMD (�Physical Medium Dependent�). A utiliza��o do c�digo Manchester a 100 Mbit/s resultaria em sinais com uma frequ�ncia de 100 Mhz. Para evitar esta situa��o optou-se pela codifica��o NRZ-I que gera frequencias m�ximas de 50 MHz. A codifica��o NRZ-I (�Non Return to Zero Inverted�), � uma designa��o alternativa de NRZ-M. Este tipo de codifica��o tende a provocar dificuldades no sincronismo de bit (uma sequ�ncia de zeros � transmitida sem qualquer transi��o de n�vel). Para resolver os problemas de sincronismo a cada conjunto de 4 bits de dados � adicionado um quinto bit com o objectivo de facilitar a sincroniza��o. Este mecanismo � conhecido por convers�o 4B/5B. Para que a taxa nominal entre o MAC e o n�vel f�sico seja de 100 Mbit/s a transmiss�o � na realidade realizada a uma taxa de 125 Mbit/s (100*5/4), mesmo assim a frequencia gerada � de apenas 62,5 MHz (125/2). O 100baseTX exige cablagem blindada (STP - "shielded twisted pair"), vulgarmente conhecida por cabo Tipo 5. Esta � a implementa��o para o 100baseTX e 100baseFX que usam respectivamente dois pares de cobre e dois fios de fibra �ptica. 100baseT4O 100baseT4 utiliza quatro pares entran�ados, o objectivo � permitir a utiliza��o de cablagens j� instaladas sem blindagem (Tipo 3). Para o efeito 3 pares s�o usados para transmitir dados e o quarto par � usado para detectar colis�es. Para cada um dos 3 pares os dados s�o comprimidos numa convers�o 8B6T (8 bits - 6 transmitidos) a uma taxa de entrada de 33,(3) Mbit/s, correspondendo a uma taxa de transmiss�o no meio f�sico de 25 Mbit/s. Com a manuten��o da codifica��o "Manchester" a frequencia m�xima gerada � de 25 MHz. "Gigabit Ethernet"Esta j� dispon�vel a utiliza��o de taxas de transmiss�o de 1 Gbit/s. Trata-se de uma tecnologia muito recente e ainda pouco normalizada. De momento esta taxa de transmiss�o apenas pode ser usada em modo comutado "full-duplex" (2 Gb/s), isto �, com elimina��o total do CSMA/CD. Devido � elevada taxa a detec��o de colis�es torna-se complicada devido ao baixo valor do tempo de transmiss�o para uma "trama" m�nima de 64 bytes. O "Gigabit" Ethernet partilhado est� ainda em estudo, e ser� definido na norma 802.3z, para o implementar seria necess�rio aumentar o comprimento m�nimo das tramas para 512 bytes, mesmo assim o dominio de colis�o ficaria em cerca de 100 m. Os dados s�o codificados em NRZ com inser��o de bits de sincronismo numa convers�o 8B/10B. As especifica��es para as cablagens s�o totalmente diferentes: Comuta��o de Tramas 802.3Se os conceitos aplicados nas pontes inteligentes forem transportados para dispositivos com mais de duas portas temos uma verdadeira comuta��o de tramas. Estes dispositivos s�o normalmente conhecidos por comutadores (�switches�). Tal como as pontes os comutadores constr�em tabelas que associam endere�os f�sicos a cada uma das portas, quando uma trama � recebida o seu endere�o de destino � analisado e a trama � enviada para a porta correcta. Como se pode calcular, este tipo de dispositivo � bastante dispendioso devido � sofistica��o e velocidade necess�ria para a sua l�gica interna, normalmente disp�em de um ou mais processadores RISC (�Reduced Instruction Set Computer�). O grande problema dos comutadores � o seu custo, no entanto nos �ltimos anos tem vindo a assistir-se a um abaixamento de pre�os que est� a levar � generaliza��o deste tipo de equipamento. Este abaixamento de custo funcionou como uma lufada de ar fresco para os MACs em geral, mas foi not�rio no caso das redes 802.3. O m�todo de acesso CSMA/CD estava a revelar-se cada vez mais limitativo, mesmo a 100 Mbit/s era dif�cil obter resultados efectivos superiores a 30 Mbit/s. Os comutadores, em certas condi��es permitem a elimina��o completa do CSMA/CD das redes 802.3. Novamente a capacidade de comuta��o de tramas � fundamental, para uma rede 802.3 a 10 Mbit/s dever� ser de 14.880 tramas por segundo por cada par de portas. Outro aspecto a ter em conta � o d�bito interno do comutador que deve suportar o somat�rio das taxas de transmiss�o das suas portas. Um comutador pode funcionar de dois modos:
O modo �Cut-Through� tira partido do facto de o endere�o de destino se encontrar no inicio da trama, deste modo o atraso produzido � reduzido ao m�nimo. Os primeiros comutadores a surgirem no mercado com pre�os razo�veis utilizavam exclusivamente a t�cnica �Cut-Through� e recorriam a processadores e circuitos especializados ASIC (�Application Specific Integrated Circuit�). A utiliza��o do modo �Cut-Through� tem contudo v�rias desvantagens:
A vantagem do baixo custo dos comutadores �Cut-Through� relativamente aos �Store & Forward� tem-se dilu�do rapidamente devido � generaliza��o dos processadores RISC. Apesar deste facto a utiliza��o do modo �Cut-Through� continua devido ao peso que o baixo tempo de transito das tramas tem sobre alguns protocolos dos n�veis superiores que n�o utilizam protocolos de janela deslizante. Existem mesmo comutadores Ethernet 10/100 (portas a 10 Mbit/s e portas a 100 Mbit/s) que seleccionam automaticamente o modo de funcionamento conforme se trate de uma comuta��o entre portas da mesma taxa ou n�o. Transmiss�o �Full-Duplex� em redes locaisNuma porta de um comutador podem ser ligados um ou v�rios n�s, no segundo caso continua a existir a possibilidade de surgirem colis�es. Quando existe apenas um n� ligado a uma porta do comutador, tratando-se de um dispositivo �Store & Forward� a �nica possibilidade de colis�o � a emiss�o simult�nea de uma trama pelo comutador e pelo n�, como nas cablagens de par entran�ado s�o utilizadas linhas distintas para a emiss�o e recep��o (exclua-se o 100baseT4) a ocorr�ncia de colis�es � completamente exclu�da. Uma vez que n�o existem colis�es e nem sequer a necessidade de esperar que o meio f�sico esteja livre, a fun��o de acesso ao meio do MAC � completamente in�til (j� n�o � necess�rio proceder ao �listen while talk�). Nestas circunstancias temos uma liga��o capaz de funcionar em �full-duplex� podendo circular dados simultaneamente nos dois sentidos � taxa caracter�stica da rede. Atinge-se assim d�bitos totais para cada liga��o iguais ao dobro do d�bito habitual, por exemplo no caso do 802.3 respectivamente 20 Mbit/s e 200 Mbit/s. A capacidade de funcionar em modo �full-duplex� n�o � um dado garantido � partida, tanto o comutador como a interface usada no n� devem ter essa capacidade. A entrada em modo �full-duplex� � negociada (�Auto-Negociation Sheme� ou �Nway�) entre os dois intervenientes e se aceite implica a anula��o total do protocolo de acesso ao meio. Algumas interfaces de rede 10baseT que suportam �full-duplex� necessitam de ser colocadas explicitamente nesse modo pois n�o suportam o mecanismo de negocia��o autom�tica. Todas estas possibilidades forneceram �s redes 802.3 um novo impulso sendo, pelo menos at� � chegada do ATM �s redes locais, uma das melhores op��es para �collapsed backbone� O �backbone� (Espinha dorsal) � um segmento de rede de alta velocidade onde s�o ligados os servidores e outras redes. At� � bem pouco tempo a tecnologia mais usada era o FDDI. Actualmente a utiliza��o de um comutador come�a a revelar-se mais eficaz para um n�mero de n�s n�o muito elevado e pouco dispersos. Como o �backbone� fica reduzido a uma caixa (Comutador) esta t�cnica � conhecida por �lan-in-a-box� ou �collapsed backbone�. Existem actualmente muitos fabricantes a fornecer comutadores com portas Fast Ethernet e Gigabit Ethernet constuindo mais uma possibilidade de evolu��o para os "backbones". Capacidade de um comutador 802.3As capacidades de um comutador s�o extremamente importantes, trata-se de dispositivos dispendiosos que devem estar correctamente adaptados � situa��o em que v�o operar. Al�m do n�mero m�ximo de entradas nas tabelas de encaminhamento que deve ser superior ao n�mero total de n�s da rede, temos de considerar a capacidade interna de comuta��o, ou seja o n�mero de "tramas" que o dispositivo � capaz de encaminhar por unidade de tempo. Numa rede 802.3 a 10 Mbit/s a taxa m�xima de chegada de tramas � de 14.880 tramas por segundo (trata-se da situa��o menos favoravel com tramas de 64 bytes). A capacidade de comuta��o ("full-duplex" a 10 Mbit/s) deve ser superior a n x 14.880 tramas/seg, onde n representa o n�mero de portas. Em comutadores com portas de diferentes velocidades basta fazer as contas: por cada porta a 100 Mbit/s 148.800 tramas/s, por cada porta a 1 Gbit/s 1.488.000 tramas/s. � importante tamb�m saber o que o comutador faz quando n�o tem capacidade de comuta��o suficiente: armazena as tramas (capacidade de armazenamento) ou ignora as tramas. Outro par�metro importante � o d�bito total do comutador, trata-se da taxa de transmiss�o do(s) barramento(s) interno(s) do comutador, expressa em bit/s. A taxa interna deve ser igual ao somat�rio das taxas de transmiss�o em cada porta (supondo "full-duplex"). Por exemplo um comutador com 16 portas a 10 Mbit/s e 2 portas a 100 Mbit/s dever� ter um d�bito superior a (2 x 100 + 16 x 10) = 360 Mbit/s. Qual é o método de acesso utilizado pela Ethernet?A Ethernet é tipicamente uma rede local de topologia de barramento. Ele utiliza um método de controle de acesso conhecido como Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, comumente abreviado como CSMA/CD.
Como é feita a transmissão de dados numa rede Ethernet?O padrão define como os dados serão transmitidos através dos cabos da rede. Sua função é agrupar os dados entregues pelos protocolos de alto nível (TCP/IP, por exemplo) e inseri-los dentro dos quadros (frames)serão enviados através da rede.
Qual dos métodos de controle de acesso está relacionado com a tecnologia Ethernet?O método de controle de acesso ao meio para a Ethernet clássica é o Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD). Como todos os nós recebem todos os quadros, cada nó precisa determinar se um quadro deve ser aceito e processado por tal nó.
Como é o controle de acesso ao meio no protocolo Ethernet?Operação da Ethernet
O processo CSMA é usado para detectar primeiro se o meio físico está transportando um sinal. Se um sinal portador no meio físico de outro nó for detectado, isso significa que outro dispositivo está transmitindo dados.
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Qual o método de acesso de uma rede Ethernet?
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