Ethernet
Ethernet é uma família de tecnologias de rede de computadores com fio comumente usadas em redes de área local (LAN), redes de área metropolitana (MAN) e redes de longa distância (WAN). Foi introduzido comercialmente em 1980 e padronizado pela primeira vez em 1983 como IEEE 802.3. A Ethernet desde então foi refinada para suportar taxas de bits mais altas, um número maior de nós e distâncias de link mais longas, mas mantém muita compatibilidade com versões anteriores. Com o tempo a Ethernet substituiu amplamente as tecnologias de LAN com fio concorrentes, como Token ring, FDDI e Arcnet.
A Ethernet foi desenvolvida na Xerox PARC entre 1973 e 1974. Foi inspirada na ALOHAnet, que Robert Metcalfe havia estudado como parte de sua tese de doutorado. A ideia foi documentada pela primeira vez em um memorando que Metcalfe escreveu em 22 de maio de 1973, onde ele o nomeou em homenagem ao éter luminífero que uma vez postulou existir como um "meio onipresente e completamente passivo para a propagação de ondas eletromagnéticas". Em 1975, a Xerox apresentou um pedido de patente listando Metcalfe, David Boggs, Chuck Thacker e Butler Lampson como inventores. Em 1976, depois que o sistema foi implantado no PARC, Metcalfe e Boggs publicaram um artigo seminal.[a] Yogen Dalal, Ron Crane, Bob Garner e Roy Ogus facilitaram a atualização do protocolo original de 2,94 Mbit/s para o protocolo de 10 Mbit/s, que foi lançado no mercado em 1980. Metcalfe deixou a Xerox em junho de 1979 para formar a 3Com. Ele convenceu a Digital Equipment Corporation (DEC), a Intel e a Xerox a trabalharem juntas para promover a Ethernet como padrão. Como parte desse processo, a Xerox concordou em abrir mão de sua marca 'Ethernet'. O primeiro padrão foi publicado em 30 de setembro de 1980 como "The Ethernet, A Local Area Network. Data Link Layer and Physical Layer Specifications". Esse chamado padrão DIX (Digital Intel Xerox) especifica Ethernet de 10 Mbit/s, com endereços de origem e destino de 48 bits e um campo global tipo EtherType de 16 bits. A versão 2 foi publicada em novembro de 1982 e define o que ficou conhecido como Ethernet II. Esforços formais de padronização prosseguiram ao mesmo tempo e resultaram na publicação do IEEE 802.3 em 23 de junho de 1983.
Em fevereiro de 1980, o Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos (IEEE) iniciou o projeto 802 para padronizar redes locais (LAN). O "grupo DIX" com Gary Robinson (DEC), Phil Arst (Intel) e Bob Printis (Xerox) apresentaram a chamada especificação CSMA/CD "Blue Book" como candidata para a especificação LAN. Além do CSMA/CD, Token Ring (suportado pela IBM) e Token Bus (selecionado e, daqui em diante, suportado pela General Motors) também foram considerados candidatos a um padrão de LAN. Propostas concorrentes e amplo interesse na iniciativa levaram a um forte desacordo sobre qual tecnologia padronizar. Em dezembro de 1980, o grupo foi dividido em três subgrupos e a padronização prosseguiu separadamente para cada proposta. Atrasos no processo de padronização colocam em risco a introdução no mercado da estação de trabalho Xerox Star e dos produtos Ethernet LAN da 3Com. Com essas implicações comerciais em mente, David Liddle (Gerente Geral, Xerox Office Systems) e Metcalfe (3Com) apoiaram fortemente uma proposta de Fritz Röscheisen (Siemens Private Networks) para uma aliança no mercado emergente de comunicação de escritório, incluindo o suporte da Siemens para a padronização internacional da Ethernet (10 de abril de 1981). Ingrid Fromm, representante da Siemens no IEEE 802, rapidamente alcançou um suporte mais amplo para Ethernet além do IEEE com o estabelecimento de um Grupo de Tarefas "Redes Locais" concorrente dentro do órgão de padrões europeus ECMA TC24. Em março de 1982, o ECMA TC24 com seus membros corporativos chegaram a um acordo sobre um padrão para CSMA/CD baseado no rascunho de IEEE 802.:8 Por ser a proposta DIX tecnicamente mais completa e pela celeridade da ação da ECMA que contribuiu decisivamente para a conciliação de opiniões dentro do IEEE, o padrão IEEE 802.3 CSMA/CD foi aprovado em dezembro de 1982. O IEEE publicou o padrão 802.3 como rascunho em 1983 e como padrão em 1985.
t Ethernet evoluiu para incluir maior largura de banda, métodos aprimorados de controle de acesso ao meio e diferentes mídias físicas. O cabo coaxial foi substituído por links ponto a ponto conectados por repetidores e switches Ethernet. As estações Ethernet se comunicam enviando pacotes de dados entre si: blocos de dados enviados e entregues eventualmente. Assim como em outras LANs IEEE 802, os adaptadores vêm programados com um endereço MAC de 48 bits globalmente exclusivo para que cada estação Ethernet tenha um endereço exclusivo.[b] Os endereços MAC são usados para especificar o destino e a origem de cada pacote de dados. A Ethernet estabelece conexões em nível de link, que podem ser definidas usando os endereços de destino e de origem. Na recepção de uma transmissão, o receptor usa o endereço de destino para determinar se a transmissão é relevante para a estação ou deve ser ignorada. Uma interface de rede normalmente não aceita pacotes endereçados a outras estações Ethernet.[c][d]
Meio compartilhado
A Ethernet foi originalmente baseada na ideia de computadores se comunicarem por meio de um cabo coaxial compartilhado atuando como um meio de transmissão. O método utilizado era semelhante ao usado em sistemas de rádio,[e] com o cabo comum fornecendo o canal de comunicação semelhante ao éter Luminífero na física do século XIX, e foi dessa referência que o "Ethernet" foi derivado. O cabo coaxial compartilhado da Ethernet original (o meio compartilhado) atravessava um prédio ou campus para cada máquina conectada. Um esquema conhecido como acesso múltiplo de detecção de portadora com detecição de colisão (CSMA/CD) governava a maneira como os computadores compartilhavam o canal. Esse esquema era mais simples do que as tecnologias concorrentes de Token Ring ou Token Bus.[f] Os computadores são conectados a um transceptor Attachment Unit Interface (AUI), que por sua vez é conectado ao cabo (com thin Ethernet transceptor geralmente é integrado ao adaptador de rede). Embora um fio passivo simples seja altamente confiável para redes pequenas, ele não é confiável para grandes redes estendidas, onde danos ao fio em um único local ou um único conector ruim podem tornar todo o segmento Ethernet inutilizável.[g]
Repetidores e hubs
Por motivos de degradação e temporização do sinal, os segmentos Ethernet coaxiais têm um tamanho restrito. Redes um pouco maiores podem ser construídas usando um repetidor Ethernet. Os primeiros repetidores tinha apenas duas portas, permitindo, no máximo, dobrar o tamanho da rede. Uma vez que os repetidores com mais de duas portas ficaram disponíveis, foi possível cabear a rede em uma topologia em estrela. As primeiras experiências com topologias em estrela (chamadas "Fibernet") usando fibra óptica foram publicadas em 1978. Cabo compartilhado Ethernet é sempre difícil de instalar em escritórios porque sua topologia de barramento está em conflito com os planos de cabos de topologia em estrela projetados em edifícios para telefonia. A modificação da Ethernet para se adequar à fiação telefônica de par trançado já instalada em edifícios comerciais proporcionou outra oportunidade de reduzir custos, expandir a base instalada e alavancar o projeto do edifício e, assim, a Ethernet de par trançado foi o próximo desenvolvimento lógico em meados da década de 1980.
Ponte e comutação
Embora os repetidores possam isolar alguns aspectos dos segmentos Ethernet, como quebras de cabos, eles ainda encaminham todo o tráfego para todos os dispositivos Ethernet. A rede inteira é um domínio de colisão e todos os hosts devem ser capazes de detectar colisões em qualquer lugar da rede. Isso limita o número de repetidores entre os nós mais distantes e cria limites práticos sobre quantas máquinas podem se comunicar em uma rede Ethernet. Os segmentos unidos por repetidores devem operar todos na mesma velocidade, impossibilitando atualizações progressivas.[carece de fontes?] Para aliviar esses problemas, foi criado um bridging para se comunicar na camada de enlace de dados enquanto isolava a camada física. Com a ponte, apenas pacotes Ethernet bem formados são encaminhados de um segmento Ethernet para outro; colisões e erros de pacotes são isolados. Na inicialização inicial, as pontes Ethernet funcionam como repetidores Ethernet, passando todo o tráfego entre os segmentos. Observando os endereços de origem dos quadros de entrada, a ponte constrói uma tabela de endereços associando os endereços aos segmentos. Depois que um endereço é aprendido, a ponte encaminha o tráfego de rede destinado a esse endereço apenas para o segmento associado, melhorando o desempenho geral. Transmissão o tráfego ainda é encaminhado para todos os segmentos de rede. As pontes também superam os limites de segmentos totais entre dois hosts e permitem a mistura de velocidades, ambas críticas para a implantação incremental de variantes Ethernet mais rápidas.[carece de fontes?]
Rede avançada
As redes Ethernet comutadas simples, embora sejam uma grande melhoria em relação à Ethernet baseada em repetidor, sofrem de pontos únicos de falha, ataques que enganam switches ou hosts para enviar dados para uma máquina, mesmo que não seja destinada a ela, problemas de escalabilidade e segurança em relação a loops de comutação, radiação de broadcast e tráfego multicast.[carece de fontes?] Recursos avançados de rede em switches usam pontes de caminho mais curto (SPB) ou o protocolo spanning-tree (STP) para manter uma rede em malha sem loop, permitindo loops físicos para redundância (STP) ou balanceamento de carga (SPB). A ponte de caminho mais curto inclui o uso do protocolo de roteamento de estado de link IS-IS para permitir redes maiores com rotas de caminho mais curto entre dispositivos.
A camada fisica Ethernete evoluiu ao longo de um período de tempo considerável e abrange interfaces de mídia física coaxial, par trançado e fibra ótica, com velocidades de 1 Mbit/s a 400 Gbit/s. A primeira introdução do CSMA/CD de par trançado foi StarLAN, padronizado como 802.3 1BASE5. Embora o 1BASE5 tenha pouca penetração no mercado, ele definiu o aparato físico (fio, plugue/jack, pin-out e plano de fiação) que seria transportado para o 10BASE-T até o 10GBASE-T. As formas mais comuns usadas são 10BASE-T, 100BASE-TX e 1000BASE-T. Todos os três usam cabos de par trançado e conectores modulares 8P8C. Eles rodam a 10 Mbit/s, 100 Mbit/s e 1 Gbit/s, respectivamente. As variantes de fibra óptica Ethernet (que comumente usam módulos SFP) também são muito populares em redes maiores, oferecendo alto desempenho, melhor isolamento elétrico e maior distância (dezenas de quilômetros em algumas versões). Em geral, o software de pilha de protocolos de rede funcionará de maneira semelhante em todas as variedades.
No IEEE 802.3, um datagrama é chamado de pacote ou quadro. O pacote é usado pra descrever a unidade de transmissão geral e inclui o preâmbulo, o delimitador de quadro inicial (SFD) e a extensão da portadora (se houver).[l] O quadro começa após o delimitador de quadro inicial com um cabeçalho de quadro com endereços MAC de origem e destino e o campo EtherType fornecendo o tipo de protocolo para o protocolo de carga útil ou o comprimento da carga útil. A seção do meio do quadro consiste em dados de carga útil, incluindo quaisquer cabeçalhos para outros protocolos (por exemplo, Protocolo de Internet) transportados no quadro. O quadro termina com 32 bits verificação de redundância cíclica, que é usada para detectar corrupção de dados em trânsito.:seções 3.1.1 e 3.2 Notavelmente, os pacotes Ethernet não possuem campo de tempo de vida, levando a possíveis problemas na presença de um loop de comutação.
Autonegociação é o procedimento pelo qual dois dispositivos conectados escolhem parâmetros de transmissão comuns, por exemplo, velocidade e modo duplex. A negociação automática foi inicialmente um recurso opcional, introduzido pela primeira vez com 100BASE-TX, enquanto também é compatível com 10BASE-T. A negociação automática é obrigatória para 1000BASE-T e mais rápido.
Circuito de comutação
Um loopde comutação ou loop de ponte ocorre em redes de computadores quando há mais de um caminho de Camada 2 (Modelo OSI) entre dois terminais (por exemplo, várias conexões entre dois switches de rede ou duas portas no mesmo switch conectadas entre si). O loop cria tempestades de broadcast à medida que broadcasts e multicasts são encaminhados por switches em cada porta, o switch ou switches irão retransmitir repetidamente as mensagens de broadcast que inundam a rede. Como o cabeçalho da camada 2 não suporta um valor Time to Live (TTL), se um quadro for enviado para uma topologia em loop, ele poderá fazer um loop para sempre. Uma topologia física que contém loops de comutação ou ponte é atraente por motivos de redundância, mas uma rede comutada não deve ter loops. A solução é permitir loops físicos, mas criar uma topologia lógica sem loop usando o protocolo de ponte de caminho mais curto (SPB) ou os protocolos de spanning tree (STP) mais antigos nos switches de rede.[carece de fontes?]
Jabber
Um nó que está enviando mais tempo do que a janela de transmissão máxima para um pacote Ethernet é considerado jabbering. Dependendo da topologia física, a detecção e a solução do jabber diferem um pouco.
