Ethernet é baseada na
idéia de pontos da rede enviando mensagens, no que é essencialmente semelhante
a um sistema de rádio, cativo entre um cabo comum ou canal, às vezes chamado
de éter (no original, ether). Isto é uma referência oblíqua ao éter
luminífero, meio através do qual os físicos do século
XIX acreditavam que a luz viajasse.
Cada ponto tem uma chave
de 48 bits globalmente única, conhecida como endereço MAC, para
assegurar que todos os sistemas em uma ethernet tenham endereços distintos. Tem sido observado que o
tráfego Ethernet tem propriedades de auto-similaridade, com importantes consequências
para engenharia de tráfego de telecomunicações.
Os padrões atuais do protocolo Ethernet são os
seguintes:
10 megabits/seg: 10Base-T Ethernet (IEEE 802.3)
100 megabits/seg: Fast Ethernet (IEEE 802.3u)
1 gigabits/seg: Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z)
10 gigabits/seg: 10 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae)
Algumas
variedades antigas de Ethernet
Xerox Ethernet -- a
implementação original de Ethernet, que tinha 2 versões, Versão 1 e Versão 2,
durante seu desenvolvimento. O formato de frame da versão 2 ainda está em uso
comum.
10BASE5 (também
chamado Thicknet) -- esse padrão antigo da IEEE usa um cabo
coaxial simples em que você conseguia uma conexão literalmente furando o
cabo para se conectar ao núcleo. É um sistema obsoleto, embora devido a sua
implantação amplamente difundida antigamente, talvez ainda possa ser utilizado
por alguns sistemas.
10BROAD36 -- Obsoleto. Um
padrão antigo permitindo a Ethernet para distâncias mais longas. Utilizava
técnicas de modulação de banda larga similares àquelas empregadas em sistemas
de cable modem, e operava com cabo coaxial.
1BASE5 -- Uma
tentativa antiga de padronizar uma solução de LAN de baixo custo.
Opera a 1 Mbit/s e foi um fracasso comercial.
StarLAN 1—A primeira
implementação de Ethernet com cabeamento de par trançado.
Terminologia da Ethernet
Regras simples regem
a operação básica da Ethernet. Para compreender essas regras, é importante
conhecer a terminologia básica da Ethernet.
meio - dispositivos
Ethernet se conectam a um meio comum que fornece um caminho para os sinais
eletrônicos. Historicamente, esse meio é um cabo coaxial de cobre, mas hoje se
utiliza cabeamento de par trançado ou fibra ótica.
segmentos - um único meio
compartilhado é um segmento Ethernet.
nó - dispositivo que
se conecta ao segmento.
frame - os nós se
comunicam por meio de mensagens curtas chamadas frames, que são blocos de
informação de tamanho variável.
Pense em um frame como se
fosse uma frase na linguagem humana. Em português, obedecemos a regras para
construir as frases. Sabemos que todas as frases devem possuir um sentido
completo. O protocolo Ethernet especifica um conjunto de regras para
construir os frames. Existe um comprimento mínimo e máximo para os frames e um
conjunto necessário de trechos de informação que devem aparecer no frame.
Por exemplo, cada frame deve incluir um endereço de destino e
um endereço de envio,que identificam respectivamente o destinatário e
o remetente da mensagem. O endereço identifica um nó único, da mesma forma que
um nome identifica uma pessoa - dois dispositivos Ethernet nunca têm
o mesmo endereço.
O
meio Ethernet
Como um sinal no meio
Ethernet alcança todos os nós conectados, o endereço de destino desempenha um
papel fundamental para identificar o destinatário do frame.
Por exemplo, na figura
acima, quando o computador B transmite para a impressora C, os computadores A e
D ainda vão receber e examinar o frame. Entretanto, quando a primeira estação
recebe o frame, ela verifica o endereço de destino para saber se o frame
foi endereçado a ela. Se não foi, a estação descarta o frame sem examinar
o conteúdo.
Um aspecto interessante do
endereçamento Ethernet é a implementação doendereço broadcast. Um frame com
endereço de destino igual ao endereço broadcast (também chamado simplesmente de
broadcast) é direcionado para cada nó da rede, e cada nó vai receber e
processar esse tipo de frame.
CSMA/CD
A
sigla CSMA/CD significa, em inglês, carrier-sense multiple
access with collision detection (acesso múltiplo com detecção de portadora
e detecção de colisão) e descreve como o protocolo de Ethernet regula a
comunicação entre os nós de uma rede. A expressão pode intimidar, mas se
analisarmos os conceitos de seus componentes, separadamente, vamos ver que ele
descreve regras muito similares àquelas que as pessoas utilizam em conversações
civilizadas. Para ajudar a ilustrar a operação da Ethernet, vamos usar uma
analogia: uma conversação à mesa de jantar.
Nosso segmento Ethernet é
a mesa de jantar, e os nós são as pessoas conversando educadamente. A
expressão múltiplo acesso (multiple access) fala sobre o que acabamos
de discutir. Quando uma estação de Ethernet transmite, todas as estações no
meio ouvem a transmissão. Da mesma maneira que quando uma pessoa fala, todo
mundo escuta.
Agora vamos imaginar que
você esteja à mesa e tenha alguma coisa a dizer. No momento, entretanto, existe
uma pessoa falando. Já que essa é uma conversação educada, em vez de
imediatamente falar e interromper o outro você espera até que ele termine de
falar. Na terminologia da Ethernet, esse processo se chama carrier
sense (detecção de portadora). Antes de uma estação começar a transmitir,
ela "ouve" o meio para saber se outra estação está transmitindo. Se o
meio estiver em silêncio, a estação reconhece que esse é o momento apropriado
para transmitir.
Detecção
de colisão
O acesso de múltiplos
dispositivos de rede é uma boa maneira de começarmos a explorar as limitações
da Ethernet, mas existe outro cenário que ainda temos de analisar. Vamos criar
uma analogia da mesa de jantar e imaginar que existe um silêncio momentâneo na
conversação. Você e eu temos coisas a falar e ambos sentimos o "peso do
silêncio". Para resolver isso, começamos a falar quase ao mesmo tempo. Na
terminologia da Ethernet, ocorre uma colisão quando os dois tentam
falar ao mesmo tempo.
Em nosso caso, podemos
resolver a situação de maneira civilizada. Após a percepção de que
estávamos falando ao mesmo tempo, um de nós pára de falar para escutar o
outro. Os nós da Ethernet também escutam o meio enquanto transmitem, para ter
certeza de que são a única estação transmissora naquele momento. Se as estações
começam a ouvir sua própria transmissão de forma distorcida ou misturada com a
de outra estação sabem que uma colisão aconteceu. Às vezes, um segmento de
Ethernet é chamado de domínio de colisão porque duas estações no
segmento não podem transmitir ao mesmo tempo sem causar uma colisão. Quando as
estações detectam uma colisão, elas interrompem a transmissão, esperam durante
um período aleatório e tentam transmitir novamente quando detectam silêncio no
meio.
A pausa aleatória e a
repetição do envio do sinal representam parte importante do protocolo. Se
as duas estações colidem quando estão transmitindo, então ambas terão de
transmitir novamente. Na próxima oportunidade de transmissão, as estações
envolvidas na colisão anterior terão dados prontos para transmitir. Se elas transmitissem
novamente na primeira oportunidade, colidiriam de novo. Por isso existe um
tempo de espera aleatório. Assim, dificilmente as duas estações vão
continuar colidindo por muito tempo.