Aula 6 — A tecnologia que domina as LANs: CSMA/CD, estrutura do quadro, endereço MAC e a evolução do Ethernet de 10 Mbps até 100 Gbps
Em 1973, Robert Metcalfe e David Boggs, trabalhando na Xerox PARC, desenvolveram a primeira versão do Ethernet para conectar computadores Alto a uma impressora laser. O nome “Ethernet” vem do conceito físico de éter — o meio imaginário pelo qual a luz se propagaria no espaço.
Em 1983, o IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) padronizou o Ethernet como IEEE 802.3, tornando-o aberto e adotável por qualquer fabricante. Isso foi fundamental para sua expansão: hoje o Ethernet é a tecnologia de rede local mais usada no mundo, presente em data centers, empresas, escolas e residências.
Nas primeiras redes Ethernet, todos os dispositivos compartilhavam o mesmo cabo (barramento). Era preciso um método para evitar que dois dispositivos transmitissem ao mesmo tempo e corrompessem os dados. A solução foi o CSMA/CD — Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection.
1. CARRIER SENSE (CS) — "Ouvir antes de falar"
O dispositivo verifica se o cabo está livre (sem sinal).
Se livre → começa a transmitir.
Se ocupado → espera até o cabo ficar livre.
2. MULTIPLE ACCESS (MA) — "Todos acessam o mesmo meio"
Qualquer dispositivo pode transmitir quando o cabo está livre.
Não há reserva de canal ou prioridade.
3. COLLISION DETECTION (CD) — "Detectar colisão enquanto transmite"
Se dois dispositivos transmitirem simultaneamente → COLISÃO.
Os sinais se misturam e corrompem ambas as transmissões.
4. JAM SIGNAL — "Avisar a todos sobre a colisão"
O dispositivo que detecta a colisão envia um sinal de jam (32 bits)
para garantir que todos saibam que houve colisão.
5. BACKOFF EXPONENCIAL — "Esperar tempo aleatório e tentar de novo"
Cada dispositivo espera um tempo aleatório (algoritmo de backoff)
antes de tentar retransmitir.
A cada colisão, o tempo máximo de espera dobra (até 16 tentativas).
⚠️ CSMA/CD é praticamente obsoleto hoje. Switches modernos operam em full-duplex: cada dispositivo tem seu próprio par de fios exclusivo para transmissão e recepção simultâneas, eliminando colissões completamente. O CSMA/CD só existia em redes half-duplex com hubs e barramentos compartilhados.
O quadro (frame) é a PDU da camada de enlace — a unidade de dados que o Ethernet transmite. Cada quadro carrega os endereços MAC de origem e destino, o tipo de protocolo, os dados e um campo de verificação de erros.
┌──────────┬─────┬─────────────┬─────────────┬───────────┬──────────────────┬─────┐ │Preâmbulo │ SFD │ MAC Destino│ MAC Origem │EtherType/ │ Dados │ FCS │ │ 7 bytes │1 b │ 6 bytes │ 6 bytes │ Length │ 46 – 1500 bytes │4 b │ │ │ │ │ │ 2 bytes │ │ │ └──────────┴─────┴─────────────┴─────────────┴───────────┴──────────────────┴─────┘ Total mínimo: 64 bytes (sem preâmbulo/SFD) Total máximo: 1518 bytes (sem preâmbulo/SFD)
| Campo | Tamanho | Função |
|---|---|---|
| Preâmbulo | 7 bytes | Sequência alternada de 1s e 0s (10101010…) para sincronizar o clock do receptor |
| SFD (Start Frame Delimiter) | 1 byte | Indica o início do quadro (10101011). O último bit “1” sinaliza que os dados começam |
| MAC Destino | 6 bytes | Endereço MAC do dispositivo que deve receber o quadro |
| MAC Origem | 6 bytes | Endereço MAC do dispositivo que enviou o quadro |
| EtherType / Length | 2 bytes | Indica o protocolo da camada superior: 0x0800 = IPv4, 0x0806 = ARP, 0x86DD = IPv6, 0x8100 = VLAN (802.1Q) |
| Dados (Payload) | 46–1500 bytes | O conteúdo — normalmente um pacote IP. Se menor que 46 bytes, padding zeros são adicionados |
| FCS (Frame Check Sequence) | 4 bytes | CRC-32: valor calculado sobre o quadro inteiro. O receptor refaz o cálculo; se diferente, o quadro é descartado |
✅ MTU (Maximum Transmission Unit): o campo de dados do quadro Ethernet tem no máximo 1500 bytes. Esse valor é o MTU padrão do IP. Quadros maiores (Jumbo Frames, até 9000 bytes) são usados em data centers para reduzir overhead, mas precisam ser configurados explicitamente.
O endereço MAC (Media Access Control) é o identificador único de cada interface de rede no nível da camada de enlace. Diferente do endereço IP (que pode mudar), o MAC é gravado na memória ROM da placa de rede pelo fabricante — por isso é chamado de endereço físico ou endereço de hardware.
Exemplo: A8 : 5E : 45 : F3 : 2B : 7C
────────────── ────────────
OUI (3 bytes) NIC (3 bytes)
Identificador Identificador
do fabricante único da placa
OUI — Organizationally Unique Identifier
Atribuído pelo IEEE a cada fabricante.
A8:5E:45 → Intel Corporation (exemplo)
NIC — Network Interface Controller portion
Atribuído pelo próprio fabricante para cada placa.
Representações aceitas:
A8:5E:45:F3:2B:7C (Linux/macOS — dois pontos)
A8-5E-45-F3-2B-7C (Windows — hífen)
A85E.45F3.2B7C (Cisco IOS — ponto a cada 2 bytes)
O IP trabalha com endereços lógicos, mas o Ethernet precisa de endereços MAC para entregar o quadro na LAN. O ARP (Address Resolution Protocol) faz essa ponte:
PC-A quer enviar um pacote para IP 192.168.1.10, mas não sabe o MAC.
1. PC-A envia um ARP Request em broadcast:
"Quem tem o IP 192.168.1.10? Me diga seu MAC."
Destino MAC: FF:FF:FF:FF:FF:FF (broadcast)
2. PC-B (192.168.1.10) responde com ARP Reply em unicast:
"Eu tenho esse IP. Meu MAC é B4:2E:99:1A:C7:F0."
3. PC-A armazena a resposta na tabela ARP (cache):
192.168.1.10 → B4:2E:99:1A:C7:F0
4. A partir daí, PC-A usa o MAC diretamente sem novos ARPs.
(O cache ARP expira após alguns minutos.)
Comando para ver a tabela ARP:
arp -a (Windows e Linux)
ip neigh show (Linux moderno)
O Ethernet evoluiu de 10 Mbps em cabo coaxial para centenas de gigabits em fibra óptica, mantendo a mesma estrutura de quadro — o que garante compatibilidade retroativa entre equipamentos de diferentes gerações.
| Padrão | Velocidade | Meio | Distância máx. | Status |
|---|---|---|---|---|
| 10BASE-5 | 10 Mbps | Coaxial grosso (RG-8) | 500 m | Obsoleto |
| 10BASE-2 | 10 Mbps | Coaxial fino (RG-58) | 185 m | Obsoleto |
| 10BASE-T | 10 Mbps | UTP Cat 3 ou superior | 100 m | Legado |
| 100BASE-TX (Fast Ethernet) | 100 Mbps | UTP Cat 5e ou superior | 100 m | Ainda em uso |
| 1000BASE-T (Gigabit) | 1 Gbps | UTP Cat 5e ou superior | 100 m | Padrão atual |
| 10GBASE-T | 10 Gbps | UTP Cat 6A ou superior | 100 m | Data centers / corporativo |
| 10GBASE-SR | 10 Gbps | Fibra multimodo (OM3/OM4) | 300–400 m | Data centers |
| 40GBASE / 100GBASE | 40 / 100 Gbps | Fibra óptica | Varia | Backbone e data centers |
✅ Como ler o nome do padrão: 1000BASE-T significa: 1000 = velocidade em Mbps, BASE = banda base (não modulado), T = meio (T = Twisted pair, S = Short fiber, L = Long fiber, X = extensão média).
O switch substituiu o hub e revolucionou o Ethernet. Enquanto o hub retransmite tudo para todas as portas (um único domínio de colisão), o switch aprende os MACs de cada porta e encaminha quadros apenas para o destino correto — cada porta é seu próprio domínio de colisão isolado, operando em full-duplex.
O switch mantém uma tabela associando MACs às portas físicas: Porta │ MAC Address │ VLAN │ Tipo ──────┼────────────────────┼──────┼────────── Fa0/1 │ A8:5E:45:F3:2B:7C │ 1 │ Dinâmico Fa0/2 │ B4:2E:99:1A:C7:F0 │ 1 │ Dinâmico Fa0/3 │ C0:FF:EE:12:34:56 │ 10 │ Estático Gi0/1 │ — (uplink) │ all │ Trunk Quando chega um quadro para A8:5E:45:F3:2B:7C, o switch envia apenas para Fa0/1, sem inundar as demais portas. Se o MAC não estiver na tabela → flooding (envia para todas as portas).
Uma VLAN (Virtual LAN) segmenta logicamente uma rede física em múltiplas redes virtuais isoladas. Dispositivos em VLANs diferentes não se comunicam diretamente — precisam de um roteador ou switch Layer 3.
O padrão IEEE 802.1Q adiciona uma tag de 4 bytes ao quadro Ethernet (entre MAC origem e EtherType), contendo o ID da VLAN (1–4094). Portas trunk carregam tráfego de múltiplas VLANs; portas access pertencem a uma única VLAN.
O PoE (IEEE 802.3af/at/bt) permite transmitir energia elétrica pelo cabo UTP junto com os dados, eliminando a necessidade de fontes de alimentação separadas.
Analisar quadros, endereços MAC e comportamento do switch Ethernet.
arp -a no seu computador para ver MACs da sua rede local.FF FF FF FF FF FF | A8 5E 45 F3 2B 7C | 08 06 | [dados ARP...] | A1 B2 C3 D4. (a) Qual o MAC de destino? É unicast, multicast ou broadcast? (b) Qual o MAC de origem? (c) O que indica o EtherType 0x0806? (d) Qual campo é o FCS? (e) Por que é um pacote ARP e não IP?Qual campo do quadro Ethernet é responsável pela detecção de erros de transmissão, permitindo ao receptor descartar quadros corrompidos?
O endereço MAC FF:FF:FF:FF:FF:FF é um endereço:
Por que o CSMA/CD tornou-se irrelevante nas redes Ethernet modernas?
Um switch recebe um quadro cujo MAC de destino não está em sua tabela MAC. O que ele faz?