⬅ Voltar ao Dashboard 1º Bimestre — Fundamentos e Modelos

📾 Ethernet — IEEE 802.3

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

📜 A Origem do Ethernet

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.

1973 Xerox PARC Metcalfe e Boggs criam o Ethernet experimental a 2,94 Mbps em cabo coaxial
1983 IEEE 802.3 Padronização oficial: 10BASE-5 (10 Mbps em cabo coaxial grosso)
1995 Fast Ethernet 100 Mbps com par trançado (100BASE-TX), ampla adoção corporativa
Hoje Até 400 Gbps 400GbE já é realidade em data centers modernos com fibra óptica

🚦 CSMA/CD — Acesso ao Meio Compartilhado

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.

CSMA/CD — PASSO A PASSO: CARRIER SENSE → COLISÃO → BACKOFF (ANIMADO)
cabo compartilhado (barramento) NÓ A TX: dados NÓ B TX: dados 💥 COLISÃO! JAM (32 bits) 1. CARRIER SENSE Verifica se o meio está livre antes de transmitir 2. COLISÃO DETECTADA Dois nós transmitem ao mesmo tempo → sinais corrompidos → JAM signal (32 bits) 3. BACKOFF EXPONENCIAL Cada nó aguarda tempo aleatório (dobra a cada colisão, até 16 tentativas) e retransmite

⚠️ 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.

Half-duplex Uma direção por vez Como um walkie-talkie: transmite OU recebe, nunca os dois ao mesmo tempo. Exigia CSMA/CD
Full-duplex Duas direções simultâneas Como um telefone: transmite E recebe ao mesmo tempo. Padrão em switches modernos, sem CSMA/CD

📦 Estrutura do Quadro Ethernet

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.

Estrutura do quadro Ethernet II — campos e tamanhos em bytes
Pre- âmbulo 7 bytes SFD 1 b MAC Destino 6 bytes MAC Origem 6 bytes Ether- Type 2 bytes Dados (Payload) 46 – 1500 bytes FCS 4 bytes Total mín.: 64 bytes · Total máx.: 1518 bytes (sem preâmbulo/SFD) TX →
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.

🏷️ Endereço MAC

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.

Estrutura do endereço MAC — 6 octetos, OUI vs NIC, bits especiais
Exemplo: A8 : 5E : 45 : F3 : 2B : 7C OUI — Organizationally Unique Identifier A8 : 5E : 45 Atribuído pelo IEEE ao fabricante (ex.: Intel) NIC — Network Interface Portion F3 : 2B : 7C Atribuído pelo fabricante para cada placa Bit I/G (bit 0 do octeto 1) 0 = Unicast | 1 = Multicast/Broadcast Bit U/L (bit 1 do octeto 1) 0 = Universally Administered | 1 = LAA Linux/macOS: A8:5E:45:F3:2B:7C | Windows: A8-5E-45-F3-2B-7C | Cisco IOS: A85E.45F3.2B7C Broadcast: FF:FF:FF:FF:FF:FF (todos os bits = 1)

Tipos de Endereço MAC

Unicast Um para um Bit menos significativo do primeiro byte = 0. Identifica uma única interface. Ex: A8:5E:45:F3:2B:7C
Multicast Um para muitos Bit menos significativo do primeiro byte = 1. Envia para um grupo de dispositivos registrados
Broadcast Um para todos Todos os bits = 1: FF:FF:FF:FF:FF:FF. Todo dispositivo na LAN recebe e processa

MAC e ARP

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:

Protocolo ARP — resolução de IP para MAC (animado)
PC-A 192.168.1.1 A8:5E:45:F3:2B:7C SWITCH L2 · encaminha PC-B 192.168.1.10 B4:2E:99:1A:C7:F0 → ARP Request (broadcast FF:FF:FF:FF:FF:FF) → "Quem tem 192.168.1.10? Me diga seu MAC." ← ARP Reply (unicast para A8:5E:45:F3:2B:7C) ← "Eu tenho esse IP. Meu MAC é B4:2E:99:1A:C7:F0." Tabela ARP de PC-A (cache): 192.168.1.10 → B4:2E:99:1A:C7:F0 Expira em minutos · arp -a (Windows/Linux) Próximas transmissões usam o MAC diretamente — sem novo ARP. ARP opera na fronteira L2/L3

⚡ Evolução do Ethernet

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

Velocidade por padrão Ethernet

10BASE-T / 10BASE-2
10 Mbps
100BASE-TX (Fast Ethernet)
100 Mbps
1000BASE-T (Gigabit)
1 Gbps
10GBASE-T / 10GBASE-SR
10 Gbps
40GBASE
40 Gbps
100GBASE
100 Gbps

✅ 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).

💻 Ethernet Hoje: Switches, VLANs e PoE

Switches e Domínios de Colisão

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.

Tabela MAC do switch — aprendizado dinâmico e encaminhamento (animado)
SWITCH MAC Address Table Fa0/1 Fa0/2 Fa0/3 PC-A · Fa0/1 A8:5E:45:F3:2B:7C PC-B · Fa0/2 B4:2E:99:1A:C7:F0 PC-C · Fa0/3 C0:FF:EE:12:34:56 Porta MAC VLAN Tipo Fa0/1 A8:5E:45:F3:2B:7C 1 Dinâm. Fa0/2 B4:2E:99:1A:C7:F0 1 Dinâm.

VLANs — IEEE 802.1Q

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.

PoE — Power over Ethernet

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.

802.3af (PoE) Até 15,4 W Telefones IP, pontos de acesso Wi-Fi simples, câmeras IP básicas
802.3at (PoE+) Até 30 W Access points Wi-Fi 6, câmeras PTZ, thin clients
802.3bt (PoE++) Até 90 W Laptops, telas digitais, access points Wi-Fi 6E de alta performance

❓ Verifique seu Conhecimento

Qual campo do quadro Ethernet é responsável pela detecção de erros de transmissão, permitindo ao receptor descartar quadros corrompidos?

APreâmbulo
BFCS (Frame Check Sequence)
CEtherType
DSFD (Start Frame Delimiter)
✓ O FCS (4 bytes, CRC-32) é calculado sobre o conteúdo do quadro pelo emissor. O receptor refaz o cálculo e compara: se diferente, o quadro foi corrompido e é descartado silenciosamente. O preâmbulo sincroniza o clock; o SFD marca o início; o EtherType indica o protocolo da camada superior.

O endereço MAC FF:FF:FF:FF:FF:FF é um endereço:

AUnicast — identifica uma única placa de rede
BMulticast — envia para um grupo de dispositivos
CLoopback — usado para testes internos da placa
DBroadcast — recebido por todos os dispositivos da LAN
✓ FF:FF:FF:FF:FF:FF é o endereço de broadcast Ethernet: todos os 48 bits em 1. Qualquer dispositivo na mesma LAN recebe e processa o quadro. É usado pelo ARP Request, DHCP Discover e outros protocolos que precisam alcançar todos na rede local.

Por que o CSMA/CD tornou-se irrelevante nas redes Ethernet modernas?

AO IPv6 eliminou a necessidade de controle de colisão
BOs cabos Cat 6A absorvem as colisões fisicamente
CSwitches modernos operam em full-duplex, onde cada porta tem seu próprio domínio de colisão e não há meio compartilhado
DO IEEE 802.3 removeu o CSMA/CD da especificação em 2010
✓ Switches criam domínios de colisão isolados por porta e operam em full-duplex — cada dispositivo transmite e recebe simultaneamente em pares dedicados, sem compartilhamento de meio. Sem meio compartilhado, não há colisão, tornando o CSMA/CD desnecessário. Hubs (meio compartilhado) praticamente desapareceram.

Um switch recebe um quadro cujo MAC de destino não está em sua tabela MAC. O que ele faz?

AEncaminha o quadro para todas as portas, exceto a de origem (flooding)
BDescarta o quadro e solicita reenvio ao remetente
CEncaminha apenas para a porta de uplink (gateway)
DEnvia um ARP Request para descobrir a porta correta
✓ Quando o MAC de destino não está na tabela, o switch faz flooding: encaminha o quadro para todas as portas, exceto a de origem. Quando o destinatário responde, o switch aprende seu MAC e porta, e as próximas transmissões já são encaminhadas diretamente. O ARP é função do IP (camada 3), não do switch (camada 2).

📝 Atividade Prática

Explorar o protocolo ARP no Cisco Packet Tracer: tabela ARP, broadcast e resolução de endereços MAC.

1
Descobrindo a Tabela ARP Vazia
Objetivo: Entender que a tabela ARP começa vazia.

Passos:
  1. Monte uma topologia simples: 2 PCs conectados a 1 Switch.
  2. Configure IPs na mesma rede (ex: PC1 = 192.168.1.10, PC2 = 192.168.1.20).
  3. No PC1, abra o Command Prompt e digite: arp -a
  4. Observe que a tabela está vazia (ou quase).
Pergunta: Por que a tabela ARP está vazia se o PC1 já tem IP configurado?
2
Populando a Tabela ARP com Ping
Objetivo: Ver a tabela ARP sendo preenchida automaticamente.

Passos:
  1. Use a mesma topologia da Atividade 1.
  2. No PC1, digite: ping 192.168.1.20
  3. Agora digite novamente: arp -a
  4. Compare com o resultado anterior.
Perguntas:
  • O que apareceu na tabela ARP?
  • Qual é o endereço MAC que apareceu?
  • Confira se é o MAC do PC2 (clique no PC2 → Config → FastEthernet0).
3
ARP e o Broadcast
Objetivo: Visualizar a requisição ARP sendo transmitida.

Passos:
  1. Monte: 3 PCs + 1 Switch.
  2. Configure IPs: PC1 = 192.168.1.10, PC2 = 192.168.1.20, PC3 = 192.168.1.30.
  3. Ative o modo Simulation (canto inferior direito).
  4. Para visualizar apenas os pacotes ARP, clique em Edit Filters no painel de simulação, desmarque todos os protocolos e marque apenas ARP.
  5. No PC1, digite: ping 192.168.1.20
  6. Observe o primeiro pacote ARP (em amarelo/laranja).
  7. Clique nele e veja que vai para todos os PCs (broadcast).
Perguntas:
  • Para quantos dispositivos o ARP Request foi enviado?
  • Quem respondeu? (só o PC2 ou todos?)
  • O PC3 recebeu o ARP Request?
4
Limpando a Tabela ARP
Objetivo: Aprender a limpar entradas ARP.

Passos:
  1. Use a topologia com 2 PCs.
  2. Faça ping do PC1 para PC2 (popula a tabela).
  3. Digite: arp -a (veja a entrada).
  4. Digite: arp -d (limpa a tabela).
  5. Digite: arp -a novamente (confirma que limpou).
Teste: Faça ping novamente. A tabela será recriada?
5
Comparando MACs — ARP vs Config
Objetivo: Confirmar que ARP mostra o MAC real do dispositivo.

Passos:
  1. Topologia: PC1 + Switch + PC2.
  2. Anote manualmente o MAC do PC2: clique em PC2 → Config → FastEthernet0 → copie o MAC Address.
  3. No PC1, faça ping para PC2.
  4. No PC1, digite: arp -a
  5. Compare o MAC que apareceu com o que você anotou.
São iguais? Por quê?
6
Múltiplos Hosts
Objetivo: Ver a tabela ARP com várias entradas.

Passos:
  1. Monte: 5 PCs conectados a 1 Switch.
  2. Configure todos na rede 192.168.1.0/24 (IPs de .10 a .50).
  3. Do PC1, faça ping para todos os outros PCs.
  4. Digite: arp -a
Perguntas:
  • Quantas entradas apareceram?
  • Crie uma tabela com: IP | MAC | Tipo
📌 Para refletir: o Ethernet é uma das tecnologias mais bem-sucedidas da história da computação. Em 50 anos, sua velocidade cresceu mais de 40 milhões de vezes — de 2,94 Mbps para 400 Gbps — mantendo a mesma estrutura fundamental de quadro. Entender o Ethernet é entender a base sobre a qual toda rede local moderna é construída.
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