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Teleprocessamento e Redes Capítulo 4: Sub-Camada de Acesso ao Meio Prof. Fábio M. Costa INF / UFG.

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1 Teleprocessamento e Redes Capítulo 4: Sub-Camada de Acesso ao Meio Prof. Fábio M. Costa INF / UFG

2 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 2 Redes de Difusão (Broadcast) versus Redes Ponto-a-Ponto Redes Ponto-a-Ponto: – Meio de transmissão dedicado – Sem contenção pelo acesso ao meio – Sem necessidade de endereçamento – Apenas um destino possível para cada transmissão – Multicast através de múltiplas transmissões por caminhos diferentes Redes de Difusão – Meio de transmissão compartilhado – Necessita disciplinar o acesso ao meio – Cada estação possui um endereço único – A mesma transmissão pode ser recebida por várias estações – Multicast sem custo adicional

3 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 3 Redes de Difusão (Broadcast) versus Redes Ponto-a-Ponto (2) Enlace ponto-a-ponto de longa distância Protocolo: PPP Rede Local Enlace Multiponto (Broadcast) Rede Local Roteador Tipo de serviço Delimitação de quadros Controle de erros Controle de fluxo Controle de acesso ao meio

4 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 4 Sub-camada de Acesso ao Meio Camada de Rede Sub-Camada de Controle do Enlace Sub-Camada de Acesso ao Meio Camada Física Camada de Enlace Camada de Rede Sub-Camada de Controle do Enlace Sub-Camada de Acesso ao Meio Camada Física

5 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 5 Redes de Difusão: Contenção pelo acesso ao meio Múltiplas estações podem tentar transmitir quadros ao mesmo tempo Colisões podem ocorrer caso duas ou mais estações transmitam ao mesmo tempo Após colisão, quadros são retransmitidos Ocorrência de colisões aumenta com: – número de estações na rede – probabilidade de cada estação transmitir em um determinado instante Afeta a eficiência da rede como um todo

6 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 6 Controle de Acesso ao Meio Detectar a ocorrência de colisões Evitar a ocorrência de colisões – pode não ser 100% eficaz Estratégia de recuperação (após colisões) – Tenta-se transmitir os quadros novamente – Tentando evitar que quadros retransmitidos colidam novamente – Ex.: retransmissão após um intervalo aleatório de tempo

7 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 7 O Problema de Alocação de Canais Compartilhados Métodos estáticos – FDM – capacidade total dividida em faixas de freqüência – TDM – capacidade total dividida em slots de tempo Não há contenção! Mas resultam em uma baixa utilização do canal – Capacidade de sub-canais ociosos não pode ser remanejada para outra conexão

8 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 8 Alocação Dinâmica de Canais Compartilhados Método para se resolver quem tem direito de acesso ao meio em um dado instante Determinístico – tokens (permissão para transmissão) – round robin Não-determinístico – transmite e verifica se houve colisão Colisões podem não ser evitáveis

9 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 9 Modelo de Sistema Estações: – autônomas geram tráfego independentemente umas das outras – mono-programadas uma vez iniciada a transmissão de um quadro, a estação permanece bloqueada até que a transmissão se complete com sucesso – equivalentes umas às outras (sem prioridades)

10 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 10 Modelo de Sistema (2) Canal de transmissão – um único canal usado para transmissão e recepção por todas as estações – não existe um canal adicional para arbitração do acesso ao meio

11 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 11 Modelo de Sistema (3) Colisões – dois (ou mais) quadros transmitidos simultaneamente se sobrepõem, gerando lixo quadros são perdidos mesmo que apenas um bit seja afetado! – assume-se que colisões são a única fonte de erros – todas as estações podem detectar a ocorrência de colisões inclusive as estações transmissoras (broadcast) – alguns protocolos evitam a ocorrência de colisões

12 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 12 Modelo de Sistema (4) Uso do tempo: – Tempo contínuo transmissão de quadros pode ter início em qualquer instante – Tempo demarcado (slotted time) um relógio mestre divide o tempo em intervalos discretos (slots) transmissão de quadros só pode começar no início de um slot

13 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 13 Modelo de Sistema (5) Detecção do estado do canal: – Protocolos com monitoração do canal carrier sensing estações verificam se o canal está sendo usado antes de tentarem transmitir reduz a probabilidade de colisões método geralmente usado em redes locais – Protocolos sem monitoração do canal quando a monitoração prévia do estado do canal não é prática – ex.: em redes de satélite (longos atrasos) estações transmitem sem verificar se o canal está livre detectam a colisão e retransmitem

14 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 14 Protocolos de Múltiplo Acesso ALOHA Slotted ALOHA CSMA CSMA/CD

15 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 15 ALOHA Estações transmitem quadros sempre que houver dados a serem enviados – sem que antes monitorem o estado do meio Colisões são freqüentes – quadros são perdidos mesmo que apenas o primeiro ou o último bit tenha colidido Transmissor detecta a colisão e retransmite o quadro – após um intervalo aleatório de tempo – para tentar evitar novas colisões

16 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 16 ALOHA (2) Estação A B C D E

17 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 17 ALOHA: Período de Contenção t t0t0 t 0 +t t 0 +2t t 0 +3t Período de vulnerabilidade Colisão com o início do quadro Colisão com o final do quadro

18 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 18 ALOHA: Eficiência Decresce com o aumento do número de estações tentando transmitir ao mesmo tempo – Gera mais colisões... –... que por sua vez geram mais retransmissões –... que geram mais colisões – Efeito em cascata Eficiência máxima do protocolo: 18% – Ver análise no livro (seção 4.2.1)

19 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 19 ALOHA com Tempo Demarcado (Slotted ALOHA) Tempo é dividido em intervalos discretos – Equivalentes ao tempo de transmissão de um quadro considerando quadros de tamanho fixo – Uma estação especial transmite um sinal periódico de temporização para marcar o início dos slots Estação transmissora precisa espera o início de um novo slot para que possa transmitir – Reduz pela metade o período de vulnerabilidade – Dobra a eficiência: 36% (ver análise no livro)

20 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 20 Protocolos com monitoração do meio Em redes locais, é possível uma estação monitorar a atividade das demais – Ex.: para determinar se alguma outra estação está transmitindo em um certo instante Estações monitoram o estado do meio antes de efetuar transmissões Carrier Sense Multiple Access Protocols Melhor eficiência de utilização do meio, em relação ao protocolo ALOHA/Slotted ALOHA – devido à maior disciplina no acesso

21 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 21 CSMA: Duas modalidades Persistente – Após detectar que o meio se tornou livre, a estação transmite com probabilidade p Não-Persistente – Não inicia a transmissão imediatamente após detectar que o meio se tornou livre

22 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 22 CSMA 1-Persistente Quando uma estação tem dados para transmitir (recém-obtidos da camada superior): – Primeiro escuta o meio de transmissão – Se livre: Estação transmite o quadro – Se ocupado: Estação espera até que o meio se torne livre Ao detectar que o meio ficou livre, transmite o quadro (com probabilidade 1) Se houver colisão: – Aguarda um tempo aleatório e repete o protocolo

23 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 23 CSMA 1-persistente: Desempenho É afetado pelo atraso de propagação: – Maior atraso: aumenta a probabilidade de que duas percebam o meio de transmissão livre e comecem a transmitir simultaneamente, gerando colisão Principal fator afetando o atraso de propagação Exemplo: – Estação A transmite um quadro – Estação B escuta o meio mas o sinal transmitido por A ainda não se propagou até ela Pensa que o meio está livre e começa a transmitir A B

24 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 24 CSMA não-persistente Antes de transmitir, estação escuta o meio Se livre: – Inicia transmissão do quadro imediatamente Se ocupado: – Espera um intervalo de tempo aleatório – Recomeça novamente o protocolo Melhor utilização do meio – gera menos colisões Requer tempo maior para transmitir um quadro

25 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 25 CSMA p-persistente Protocolos com tempo demarcado em slots Antes de transmitir, estação escuta o meio Se livre: – Transmite o quadro, com probabilidade p – Adia a transmissão para o próximo slot, com probabilidade q = 1 - p – Repete este processo (adiamento) até que: Quadro seja transmitido Outra estação comece a transmitir – neste caso, estação atua como se houvera uma colisão Se ocupado: espera próximo slot e recomeça

26 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 26 Eficiência dos protocolos CSMA e ALOHA

27 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 27 Protocolos CSMA: Considerações sobre desempenho Quanto menos persistente: – melhor a eficiência de utilização do meio Por outro lado, a diminuição do fator p resulta em um maior atraso de transmissão para cada quadro individual Portanto, deve-se chegar a um equilíbrio entre estes dois requisitos – eficiência de utilização do meio – tempo máximo de transmissão de um quadro

28 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 28 CSMA com Detecção de Colisão (CSMA/CD) Melhoria sobre os protocolos CSMA originais Estações interrompem a transmissão de seus quadros caso detectem uma colisão – Economizam tempo e largura de banda, uma vez que os quadros já foram comprometidos Detecção de colisões: – Estação transmissora escuta o meio, medindo a potência ou comprimento dos pulsos de sinal recebidos, comparando com o sinal transmitido Lembre-se que, em meios de difusão (broadcast) uma estação escuta suas próprias transmissões

29 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 29 CSMA/CD: Modelo conceitual Sistema alterna entre os seguintes estados: – Contenção: estações tentando ganhar acesso ao meio – Transmissão: uma estação transmite um quadro – Silêncio: nenhuma estação tem quadros a transmitir

30 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 30 CSMA/CD: Algoritmo de contenção Uma ou mais estações têm quadros para transmitir (anterior ao instante t 0 ) Cada estação escuta o meio Quando o meio se torna livre (t 0 ): – Cada estação inicia a transmissão de seu quadro Estações continuam escutando o meio Caso detectem uma colisão: – param a transmissão – esperam um intervalo de tempo aleatório – tentam novamente

31 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 31 CSMA/CD: Tempo necessário para se detectar uma colisão Mínimo: tempo de propagação do sinal até a estação mais distante – Não confiável Para se ter certeza de que a transmissão foi bem sucedida: – Estação transmissora deve esperar o tempo de ida e volta do sinal, de uma extremidade à outra do meio – Ex.: em um cabo coaxial de 1Km: 5μs A B

32 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 32 CSMA/CD: Mais uma ilustração Applet animado (Kurose & Ross, 2003) – /applets/csmacd/csmacd.html

33 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 33 CSMA/CD: Considerações finais Codificação dos bits deve favorecer a detecção de colisões – Contra-exemplo: Se o valor binário 0 for codificado com 0 Volts, não é possível detectar a colisão de dois bits 0: sinal continua 0 Volts Protocolo não garante entrega confiável dos quadros – quadros podem ainda ser perdidos, mesmo que não haja colisões (ex.: buffer overflow no receptor) Base para o padrão Ethernet (IEEE 802.3)

34 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 34 Outros Protocolos de Controle de Acesso ao Meio Protocolos livres de colisão – Protocolo de bit-map – Protocolo de contagem regressiva binária Elevada eficiência de uso do meio quando a carga de utilização é alta Aumento do atraso de transmissão quando a carga de transmissão é baixa Protocolos de contenção limitada – Protocolo adaptativo de caminho em árvore Combina o melhor dos protocolos livres de contenção com os protocolos de contenção (ALOHA)

35 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 35 Outros Protocolos de Controle de Acesso ao Meio (2) Protocolos de múltiplo acesso com divisão do comprimento de onda (WDMA) – Uso em fibras óticas – Múltiplos canais com comprimentos de onda diferentes, um para cada estação transmissora – Livre de colisões – Protocolo para estabelecer conexões entre duas estações Isto é, para permitir que a estação receptora sintonize o canal através do qual irá receber os dados da conexão

36 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 36 Protocolos para Redes Locais Sem Fio Rede local sem fio – Sistema de computadores (portáteis ou não) que se comunicam via rádio (ou infra-vermelho) Meio de transmissão sem fio via rádio apresenta propriedades diferentes dos meios convencionais (cabeados) – Protocolos convencionais de controle de acesso ao meio são inapropriados

37 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 37 Rede local sem fio: Configuração típica Ponto de Acesso Ponto de Acesso Estrutura deRede cabeada

38 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 38 Redes locais sem fio: Suposições básicas Cada estação tem uma faixa de alcance limitada Caso uma estação receptora esteja dentro do alcance de duas estações transmissoras: – Sinal resultante recebido será corrompido Do ponto de vista da estação receptora Nem todas as estações estarão dentro do alcance umas das outras Obstáculos (ex.: paredes) reduzem a faixa de alcance de uma estação

39 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 39 Uso de CSMA em redes locais sem fio: Uma abordagem inapropriada CSMA permite detectar interferências em relação ao transmissor – Mas nem todas as estações estão ao alcance umas das outras – Pode ser que uma estação distante esteja transmitindo, podendo afetar os receptores É necessário detectar interferências do ponto de vista do receptor

40 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 40 Problema da estação escondida ABCD A já está transmitindo (para B) C (fora do alcance de A) detecta o meio livre e começa a transmitir Transmissões de A e C colidem em B

41 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 41 Problema da estação exposta ABCD B está transmitindo para A C (dentro do alcance de B) quer transmitir para D, mas detecta que o meio está ocupado Mas C poderia transmitir para D sem interferir com a outra transmissão (A está fora do alcance de C)

42 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 42 Uso de CSMA em redes sem fio: Conclusão Não permite detectar se há atividade (transmissão) ao alcance do receptor – Atividade ao redor do transmissor não necessariamente é importante – Pois o transmissor não consegue escutar toda a rede (como no caso de redes cabeadas) Múltiplas transmissões podem ocorrer simultaneamente – Desde que não interfiram entre si – Isto é, desde que tenham destinos diferentes, os quais estão fora de alcance uns dos outros

43 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 43 Protocolos apropriados para redes sem fio: MACA Multiple Access with Collision Avoidance Princípio básico: – Transmissor faz com que o receptor emita um pequeno quadro (de controle) – De forma que todas as estações ao alcance do receptor tomem conhecimento da transmissão que se seguirá e permaneçam em silêncio

44 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 44 MACA: Request To Send (RTS) ABCD RTS B deseja transmitir para C B envia um quadro de requisição de transmissão (RTS) para C Quadro RTS especifica o tamanho do quadro de dados que se seguirá

45 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 45 MACA: Clear To Send (CTS) ABCD C responde com um quadro de liberação de para transmissão B inicia a transmissão do quadro de dados CTS Quadro CTS especifica o tamanho do quadro de dados que B poderá transmitir

46 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 46 Efeito de RTS e CTS Ao escutar um RTS destinado a outra estação: – estações não podem transmitir – para não interferir com o quadro CTS caso da estação A Ao escutar um CTS destinado a outra estação: – estações sabem o tamanho do quadro de dados que se seguirá – aguardam em silêncio a transmissão do quadro caso da estação D

47 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 47 MACA: Múltiplas transmissões simultâneas Após CTS, estação A pode transmitir simultaneamente – Não interfere com a transmissão de B para C – Pois C está fora do alcance de A ABCD

48 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 48 MACA: Colisões Quando dois potenciais transmissores enviam quadros RTS simultaneamente (para a mesma estação de destino) – A e C enviam RTSs para B RTSs colidem em B A e C não receberão seus respectivos CTSs Cada um aguarda um período de tempo aleatório antes de tentar novamente o envio do RTS ABCD RTS B não envia CTS

49 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 49 Padrões IEEE 802 EthernetToken Bus Token Ring DQDB LAN Sem Fio PAN

50 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 50 Padrões IEEE 802: Escopo

51 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 51 IEEE 802: Ligação entre redes locais diferentes (Bridging)

52 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 52 IEEE 802.3: Introdução CSMA/CD 1-persistente – Estação escuta o meio – Se livre Transmite imediatamente – Se ocupado Aguarda até que fique livre, então transmite – Se colisão Interrompe a transmissão Aguarda um intervalo de tempo aleatório Repete o processo Ethernet

53 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 53 IEEE e Ethernet 1976: Xerox (Bob Metcalfe) Inicialmente: 10Mbps Barramento compartilhado – Inicialmente: cabo coaxial 50 Ohms e Ethernet original não são exatamente idênticos

54 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 54 IEEE 802.3: Cabeamento (10Mbps) 10: taxa de dados (10Mbps) Base: transmissão em banda básica 5 | 2: x100 = comprimento máximo do cabo T: par trançado F: fibra ótica

55 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 55 IEEE 802.3: Cabeamento (2)

56 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 56 IEEE 802.3: Topologias 10Base5 e 10Base2 – Barramento – Conexão das estações ao barramento 10Base5: grampos tipo vampiro (perfuram o cabo) 10Base2: conectores padrão BNC (em T) – Quebras no cabo afetam a integridade da rede – Até 4 repetidores (ou 5 segmentos de cabo) Repetidor: – Recebe um bit por uma porta e o retransmite (com potência de sinal regenerada) pela outra porta – Atua na camada física

57 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 57 IEEE 802.3: Topologias (2) 10Base-T e 10Base-F – Estrela – Estações conectadas a um hub central via par trançado (10Base-T) – até 100m (150m UTP Cat 5) fibra ótica (10Base-F) – até 2000m – Hub implementa a lógica do barramento internamente Protocolo CSMA/CD – Não apresenta o problema de particionamento do cabo Manutenção mais simples

58 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 58 IEEE 802.3: Topologias (3)

59 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 59 IEEE 802.3: Esquema de codificação Uso de uma codificação simples levaria a ambigüidades: – bit 0: 0 Volts; bit 1: 5 Volts – Estações não teriam como distingüir canal ocioso (0 Volts) de uma seqüência de bits 0 sendo transmitidos Solução: Uso de uma codificação que permita ao receptor se sincronizar com o transmissor – Permitindo detectar início e fim de transmissão

60 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 60 Codificação Manchester Bit 1: alto-baixo Bit 0: baixo-alto Cada bit uma transição: facilita detecção do bit pelo receptor Desvantagem: necessita o dobro da largura de banda 10Mbps 20MHz

61 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 61 IEEE 802.3: Protocolo MAC Preâmbulo: – 7 bytes contendo o padrão de bits – Onda quadrada de 10MHz por 5,6μs – Para sincronização do relógio do receptor Delimitador de início de quadro – 1 byte contendo o padrão

62 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 62 IEEE 802.3: Protocolo MAC (2) Endereços de destino e fonte – 6 bytes – Bit de mais alta ordem: 1 endereço de grupo (multicast) – Broadcast: todos os bits do end. de destino iguais a 1 – Endereços globais: atribuídos pelo IEEE, globalmente únicos – Endereços locais: atribuídos pelo administrador local – Distinção pelo bit 46

63 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 63 IEEE 802.3: Protocolo MAC (3) Comprimento do campo de dados – Especifica o número de bytes contidos no campo de dados do quadro – Mínimo de 0, máximo de 1500 Campo de enchimento (Pad) – Evita quadros menores que 64 bytes – Tamanho mínimo de um quadro: para garantir a deteção de colisões (a 10Mbps: 64 bytes = 51,2μs = tempo de ida-e-volta

64 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 64 Deteção de colisões X tamanho dos quadros Quadro menor que 64 bytes: Estação terminará de transmitir antes do tempo de ida-e-volta Estação poderá não escutar uma colisão e concluirá, erroneamente, que o quadro foi transmitido com sucesso

65 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 65 Deteção de colisões X tamanho dos quadros (2) À medida em que a taxa de transmissão aumenta (100Mbps, 1Gbps, 10Gbps): – Tamanho mínimo de quadro deve aumentar ou – Distância máxima entre duas estações deve diminuir Exemplo: – 1Gbps, dist. < 2500m: menor quadro: 6400 bytes – 1Gbps, dist. < 250m: menor quadro 640 bytes

66 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 66 IEEE 802.3: Protocolo MAC (4) Campo de checksum – Código de checagem de erro polinomial – CRC 32 bits

67 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 67 IEEE 802.3: Recuperação de colisões Algoritmo: Binary Exponential Backoff Após colisões: tempo é dividido em slots – Cada slot: 51,2μs Tempo para transmitir quadro mínimo (64 bytes) Isto é, tempo de ida-e-volta, no pior caso Após a primeira colisão: – Cada estação aguarda 0 ou 1 slot para tentar novamente (número escolhido aleatoriamente) Após a segunda colisão: – Cada estações aguarda um número aleatório de slots entre 0 e 3 para tentar novamente

68 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 68 IEEE 802.3: Recuperação de colisões (2) Após a i-ésima colisão – Cada estação aguarda entre 0 e 2 i -1 slots Após a décima colisão sucessiva – Intervalo de randomização fica congelado ( ) Se não conseguir transmitir após 16 colisões – Desiste da transmissão do quadro – Recuperação fica a cargo das camadas superiores Baixo atraso quando há poucas colisões Diminui a ocorrência de colisões quando há muitas estações tentando transmitir

69 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 69 IEEE 802.3: Desempenho Porcentagem do tempo utilizado com transmissões úteis: tempo útil tempo total Isto é, descontado o tempo gasto com controle de contenção Análise não considera o atraso de transmissão para cada quadro individual!

70 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 70 Redes Chaveadas (Switches)

71 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 71 Redes Chaveadas (2) Permite aumentar o throughput global da rede sem aumentar a taxa de transmissão – E sem perder o investimento com placas de rede já instaladas Switch: – Backplane de alta velocidade (vários Gbps) – Várias placas ligadas ao backplane (4 a 32) – Cada placa possui várias portas 10Base-T Cada um para a ligação de uma estação – Cada porta: um domínio de colisões independente Não há colisões

72 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 72 Redes Chaveadas (3) Estações ligadas ao switch se comportam como em uma rede convencional – Transmite quadros padrão para o switch Se estação destino está ligada à mesma placa: quadro é copiado imediatamente – Quadros são bufferizados caso mais de uma estação ligada à mesma placa tente transmitir ao mesmo tempo – não há colisões entre portas Se destino em outra placa, quadro é encaminhado através do backplane

73 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 73 Redes Chaveadas (4) Hubs podem ser ligados às portas do switch – Colisões podem ocorrer dentro do hub Se todas (ou várias) portas do switch são ligadas a hubs: – Switch = ponte para – Isto é, provê a ligação entre várias redes Em geral: switch é responsável pelo encaminhamento de quadros entre origem e destino para redes adjacentes – Mas não lida com roteamento entre redes distantes

74 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 74 Hubs X Switches Hub – Opera na camada física – Manipula bits individuais – Nada mais que repetidores com várias portas – Podem ser estruturados em árvore – Único domínio de colisões – Modelos mais sofisticados possuem funcionalidade adicional de gerenciamento Switch – Dispositivo de camada de enlace – Manipula quadros – Cada porta forma um domínio de colisões independente – Capacidade de encaminhar os quadros apenas para a porta à qual está ligada a estação de destino roteamento em nível de enlace – Aumenta o throughput global da rede

75 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 75 Conclusão sobre Vantagens: – Maior experiência operacional (maior base instalada) – Protocolo de simples implementação – Estações podem ser instaladas sem interromper o funcionamento normal da rede – Transmissão em banda básica: não requer modem – Baixo delay quando a demanda na rede é baixa

76 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 76 Conclusão sobre (2) Desvantagens: – Utiliza circuitos analógicos (p/ detectar colisões) – Tamanho mínimo de quadro: overhead para pequenas transmissões – Protocolo não-determinístico Inapropriado para aplicações de tempo-real – Não há como definir prioridades – Comprimento do cabo X tamanho dos quadros X eficiência – Colisões afetam o desempenho

77 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 77 IEEE 802: Outros padrões para redes locais – Token Bus Topologia física em barramento Anel lógico: passagem de token Token: quadro especial que circula pela rede em ordem seqüencial, estação por estação Ao receber o token, uma estação tem o direito de transmitir um quadro – Não há colisões Taxa de transmissão: 1, 5 ou 10Mbps Transmissão em banda larga: requer modem

78 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 78 IEEE 802: Outros padrões para redes locais – Token Bus (2)

79 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 79 IEEE 802: Outros padrões para redes locais – Token Ring Topologia física em anel – Formado por uma sucessão circular de ligações ponto-a-ponto Protocolo de acesso ao meio: passagem de token – Estação espera receber o token para que possa transmitir um quadro – Mais determinístico que Ethernet Não há colisões Taxa de transmissão: 1, 4 ou 16Mbps

80 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 80 IEEE 802: Outros padrões para redes locais – Token Ring (2)

81 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 81 IEEE 802: Outros padrões para redes locais – Token Ring (3)

82 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 82 LANs IEEE 802: Conclusão Três padrões incompatíveis – Diferentes formatos de quadros – Diferentes taxas de transmissão – Diferentes protocolos de acesso ao meio Desempenho: – Em geral similar Difícil fazer uma comparação precisa – Escolha depende da aplicação específica e de fatores comerciais – tem, de longe, a maior base instalada, aliado a uma maior disponibilidade comercial e baixo custo

83 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 83 IEEE 802.2: Logical Link Control – LLC Padrão IEEE para a sub-camada de controle do enlace – Situada acima da sub-camada MAC Implementa as funcionalidades estudadas no Capítulo 3 (Camada de Enlace) para transmissão confiável: – Conexões – Controle de erros (através de reconhecimentos) – Controle de fluxo (janelas deslizantes) Em contraste: sub-camada MAC provê apenas um serviço do tipo best effort – Não provê garantias quanto à entrega dos quadros – Pode ser tudo o que é necessário (ex.: em LANs confiáveis)

84 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 84 IEEE 802.2: Logical Link Control – LLC (2) Oculta as diferenças entre as várias tecnologias de LANs (em relação à camada de rede) – Provê um formato de quadro único – Provê uma interface de serviço única – Independentes do protocolo MAC subjacente Três tipos de serviço: – Datagrama não-confiável: básico (em LANs cabeadas) – Datagrama com reconhecimento – Confiável, orientado a conexões Quadro LLC inclui números de seqüência e números de reconhecimento

85 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 85 IEEE 802.2: Logical Link Control – LLC (3)

86 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 86 Endereços MAC 6 bytes, expressos em hexadecimal – 10:2A:51:6F:34:7A Placas de rede possuem endereços permanentemente associados – Não há duas placas com o mesmo endereço MAC – Fabricantes compram, do IEEE, pacotes de 2 24 endereços: 3 bytes menos significativos do endereço Endereços com estrutura plana – Sem estrutura hierárquica – Independentes da rede em que se localiza a estação ou placa de rede – Identificação única de uma placa de rede Endereço de broadcast: FF:FF:FF:FF:FF:FF

87 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 87 Pontes Conexão entre redes locais independentes – Que utilizam diferentes tecnologias Ex.: redes departamentais Conexão entre redes locais geograficamente distantes – Pontes eliminam as restrições de distância impostas às redes locais Isolar o tráfego entre redes independentes – Ainda permitindo sua interconexão Filtrar o tráfego entre redes diferentes

88 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 88 Pontes: Interconexão de redes

89 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 89 Pontes: Funcionamento

90 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 90 Pontes: Interconexão de redes 802 diferentes Diferentes formatos de quadro – O encaminhamento de um quadro de uma rede para outra requer: Reformatação do quadro Re-cálculo do checksum

91 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 91 Pontes: Interconexão de redes 802 diferentes (2) Diferentes taxas de transmissão – Necessita buferização na ponte Ao encaminhar quadros de uma rede mais rápida para outra mais lenta Quando várias LANs desejam enviar quadros para uma mesma LAN destino Timeouts nas camadas superiores – Ao transmitir quadros para uma rede destino congestionada ou mais lenta Quadros estão buferizados na ponte à espera de serem encaminhados, mas as camadas superiores percebem o atraso como perdas de quadros

92 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 92 Pontes: Interconexão de redes 802 diferentes (3) Redes com tamanhos máximos de quadros diferentes – O que fazer quando necessita encaminhar um quadro muito grande para a rede destino? – Descartar o quadro! IEEE 802 não provê segmentação e remontagem de quadros Redes com características diferentes – Com prioridades Vs. sem prioridade – Comportamento do protocolo de cada rede

93 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 93 Padrões IEEE para pontes Pontes Transparentes – Pontes baseadas em árvores de espalhamento Spanning tree bridges Pontes com Roteamento na Fonte – Não muito usado atualmente – Detalhes sobre este tipo: seção (Tanenbaum)

94 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 94 Pontes Transparentes Pontes plug-and-play – Não necessitam interferência do admnistrador da rede para um correto funcionamento Ponte opera em modo promíscuo – Aceita e examina cada quadro transmitido em todas as LANs interconectadas pela ponte – Descarta quadros cujo destino se encontra na LAN de origem do quadro – Encaminha quadros cujo destino se encontra em uma LAN diferente da LAN de origem – Interfaces (portas) de uma ponte não possuem endereço MAC

95 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 95 Pontes transparentes: Exemplo 34:5A:B2:10:65:BA 45:21:3B:50:13:5C 25:4E:62:34:4F:F5

96 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 96 Pontes Transparentes: Encaminhamento de quadros Com base em tabelas de rotas construídas automaticamente pela ponte Ponte aprende a localização de uma estação (em uma dada LAN) à medida em que recebe quadros daquela estação Cada entrada na tabela indica a porta através da qual uma estação pode ser atingida (direta ou indiretamente) Endereço MACPorta (LAN) destino Tempo 34:5A:B2:10:65:BA110:35 45:21:3B:50:13:5C210:36 25:4E:62:34:4F:F5210:45

97 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 97 Pontes Transparentes: Encaminhamento de quadros (2) Ao receber um quadro destinado a uma estação desconhecida da ponte – Encaminha o quadro através de todas as portas Flooding Entradas na tabela de rotas têm tempo de vida limitado – Após transcorrido este tempo: entrada é removida da tabela A menos que a ponte tenha recebido quadros da estação neste meio tempo – Elimina entradas invalidadas pela movimentação (ou desligamento) de estações

98 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 98 Pontes Transparentes: Encaminhamento de quadros (3) Resumo – Se destino e origem na mesma rede: Descarta o quadro – Se destino e origem em redes diferentes: Encaminha o quadro através da porta apropriada (de acordo com a tabela de rotas) – Se destino desconhecido: Usa flooding

99 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 99 Pontes baseadas em árvores de espalhamento Quando há múltiplos caminhos em uma rede interconectada por pontes Evitar caminhos cíclicos – Que gerariam ciclos de quadros infinitos

100 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 100 Pontes baseadas em árvores de espalhamento (2) Pontes desativam links redundantes Garante que há apenas um caminho entre quaisquer dois nós Tolerância a falhas: – Links inativos podem ser reativados caso outros links em uso falhem – De modo a reconectar a árvore

101 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 101 Pontes baseadas em árvores de espalhamento: Exemplo

102 Teleprocessamento e Redes - INF/UFGProf. Fábio M. Costa 102 Pontes remotas Interconexão entre redes remotamente localizadas Links ponto-a-ponto entre as pontes remotas – Como se fossem LANs sem estações Eliminam as restrições do protocolo MAC – Domínios de colisão independentes em cada lado da ponte


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