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Camadas de Enlace e Física transparências baseadas no livro Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring the Internet James Kurose e Keith Ross

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Apresentação em tema: "Camadas de Enlace e Física transparências baseadas no livro Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring the Internet James Kurose e Keith Ross"— Transcrição da apresentação:

1 Camadas de Enlace e Física transparências baseadas no livro Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring the Internet James Kurose e Keith Ross

2 Capítulo 5: Camada de Enlace e Física Nossos objetivos: r entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace: m detecção de erros, correção m compartilhando um canal broadcast: acesso múltiplo m endereçamento da camada de enlace m transferência de dados confiável, controle de fluxo: já visto! r instanciação e implementação de várias tecnologias da camada de enlace Visão Geral: r serviços da camada de enlace r detecção de erros, correção r protocolos de acesso múltiplo e LANs r endereçamento da camada de enlace, ARP r tecnologias específicas da camada de enlace: m Ethernet m hubs, pontes, switches m PPP

3 Camada de enlace: definindo o contexto fluxo real de PDUs Roteador R1 Roteador R4 Roteador R3 Roteador R2 protocolo de enlace

4 r dois elementos físicos fisicamente conectados: m host-roteador, roteador-roteador, host-host r unidade de dados: quadro (frame) aplicação transporte rede enlace física rede enlace física M M M M H t H t H n H t H n H l M H t H n H l quadro enlace físico protocolo de enlace placa adaptadora Camada de enlace: definindo o contexto

5 Serviços da Camada de Enlace r Enquadramento, acesso ao enlace: m encapsula datagramas em quadros, acrescentando cabeçalhos e trailer m implementa acesso ao canal se o meio é compartilhado m endereços físicos usados nos cabeçalhos dos quadros para identificar a fonte e o destino dos quadros diferente do endereço IP ! r Entrega confiável entre dois equipamentos fisicamente conectados: m já aprendemos como isto deve ser feito (Cam. Transp.)! m raramente usado em enlaces com baixa taxa de erro (fibra, alguns tipos de par trançado) m enlaces sem-fio (wireless): altas taxas de erro Q: porque prover confiabilidade fim-a-fim e na camada de enlace?

6 Serviços da Camada de Enlace (cont.) r Controle de Fluxo: m limitação da transmissão entre transmissor e receptor r Detecção de Erros: m erros causados pela atenuação do sinal e por ruídos. m o receptor detecta a presença de erros: avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido r Correção de Erros: m o receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer à retransmissão

7 Implementação: Camada de Enlace r implementado no adaptador m ex., placa PCMCIA, placa Ethernet m tipicamente inclui: RAM, chips DSP, interface com barramento do host, e interface do enlace aplicação transporte rede enlace física rede enlace física M M M M H t H t H n H t H n H l M H t H n H l quadro enlace físico protocolo de enlace placa adaptadora

8 Detecção de Erros EDC= Bits de Detecção e Correção de Erros (redundancia) D = Dados protegidos pela verificação de erros, pode incluir os campos de cabeçalho A detecção de erros não é 100% confiável! protocolos podem deixar passar alguns erros, mas é raro Quanto maior o campo EDC melhor é a capacidade de detecção e correção de erros

9 Verificação de Paridade Paridade com Bit único: Detecta erro de um único bit Paridade Bi-dimensional: Detecta e corrige erros de um único bit 0 0 sem erros erro de paridade erro de 1 bit corrigível erro de paridade bit de paridade FEC – Forward Error Correction

10 Checksum da Internet Objetivo: detectar erros (ex. bits trocados) num segmento transmitido (nota: usado na camada de transporte e no cabeçalho da camada de redes) Já visto…

11 Verificação de Redundância Cíclica r encara os bits de dados, D, como um número binário r escolhe um padrão gerador de r+1 bits, G r objetivo: escolhe r CRC bits, R, tal que m é divisível de forma exata por G (módulo 2) m receptor conhece G, divide por G. Se o resto é diferente de zero: erro detectado! m pode detectar todos os erros em seqüência (burst errors) com comprimento menor que r+1 bits r largamente usado na prática (ATM, HDCL) padrão de bits fórmula matemática bits de dados a enviar

12 Exemplo de CRC Cálculo do código do checksum polinomial G: x 4 + x+1 Aritmética polinomial ignora vai-um (carries/borrows) da adição e subtração. Operações são idênticas ao Ou Exclusivo:

13 Enlaces de Acesso Múltiplo e Protocolos Três tipos de enlaces: r ponto-a-ponto (fio único, ex. PPP, SLIP) r difusão (broadcast: fio ou meio compartilhado; ex, Ethernet, Wavelan) r comutado (ex., switched Ethernet, ATM)

14 Protocolos de Acesso Múltiplo r canal de comunicação único e compartilhado r duas ou mais transmissões pelos nós: interferência m apenas um nó pode transmitir com sucesso num dado instante de tempo r protocolo de múltiplo acesso: m algoritmo distribuído que determina como as estações compartilham o canal, isto é, determinam quando cada estação pode transmitir m comunicação sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o própro canal!

15 Protocolos MAC: uma taxonomia Três grandes classes: r Particionamento de canal m dividem o canal em pedaços menores (compartimentos de tempo, freqüência) m aloca um pedaço para uso exclusivo de cada nó r Acesso Aleatório m permite colisões m recuperação das colisões r Passagem de Permissão m compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisões

16 Protocolos MAC com Particionamento de Canal: TDMA TDMA: acesso múltiplo por divisão temporal r acesso ao canal é feito por turnos" r cada estação controla um compartimento (slot) de tamanho fixo (tamanho = tempo de transmissão de pacote) em cada turno r compartimentos não usados são disperdiçados r exemplo: rede local com 6 estações: 1,3,4 têm pacotes, compartimentos 2,5,6 ficam vazios r TDM (Time Division Multiplexing): channel divided into N time slots, one per user; inefficient with low duty cycle users and at light load. r FDM (Frequency Division Multiplexing): frequency subdivided.

17 FDMA: acesso múltiplo por divisão de freqüência r o espectro do canal é dividido em bandas de freqüência r cada estação recebe uma banda de freqüência r tempo de transmissão não usado nas bandas de freqüência é desperdiçado r exemplo: rede local com 6 estações: 1,3,4 têm pacotes, as bandas de freqüência 2,5,6 ficam vazias bandas de freqüência tempo Protocolos MAC com Particionamento de Canal: FDMA

18 Protocolos de Acesso Aleatório r Quando o nó tem um pacote a enviar: m transmite com toda a taxa do canal R. m não há uma regra de coordenação a priori entre os nós r dois ou mais nós transmitindo -> colisão, r Protocolo MAC de acesso aleatório especifica: m como detectar colisões m como as estações se recuperam das colisões (ex., via retransmissões atrasadas) r Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatório: m slotted ALOHA m ALOHA m CSMA e CSMA/CD

19 Slotted Aloha r tempo é dividido em compartimentos de tamanho igual (= tempo de transmissão de um pacote) r nó com pacote pronto: transmite no início do próximo compartimento r se houver colisão: retransmite o pacote nos futuros compartimentos com probabilidade p, até que consiga enviar. Compartimentos: Sucesso (S), Colisão (C), Vazio (E)

20 Eficiência do Slotted Aloha P: qual a máxima fração de compartimentos com sucesso? R: Suponha que N estações têm pacotes para enviar m cada uma transmite num compartimento com probabilidade p m prob. sucesso de transmissão, S, é: por um único nó: S= p (1-p) (N-1) No máximo: uso do canal para envio de dados úteis: 37% do tempo!

21 ALOHA Puro (unslotted) r unslotted Aloha: operação mais simples, não há sincronização r pacote necessita transmissão: m enviar sem esperar pelo início de um compartimento r a probabilidade de colisão aumenta: m pacote enviado em t 0 colide com outros pacotes enviados em [t 0 -1, t 0 +1]

22 Aloha Puro (cont.) S = vazão = goodput (taxa de sucesso) G = carga oferecida = Np Pure Aloha Slotted Aloha

23 CSMA: Carrier Sense Multiple Access CSMA: escuta antes de transmitir: r Se o canal parece vazio: transmite o pacote r Se o canal está ocupado, adia a transmissão m CSMA Persistente: tenta outra vez imediatamente com probabilidade p quando o canal se torna livre (pode provocar instabilidade) (versão com slot qdo p <> 1) m CSMA Não-persistente: tenta novamente após um intervalo aleatório r analogia humana: não interrompa os outros!

24 Colisões no CSMA colisões podem ocorrer: o atraso de propagação implica que dois nós podem não ouvir as transmissões de cada outro colisão: todo o tempo de transmissão do pacote é desperdiçado nota: papel da distância e do atraso de propagação na determinação da probabilidade de colisão.

25 CSMA/CD (Detecção de Colisão) CSMA/CD: detecção de portadora, diferimento como no CSMA m colisões detectadas num tempo mais curto m transmissões com colisões são interrompidas, reduzindo o desperdício do canal m retransmissões persistentes ou não-persistentes r detecção de colisão: m fácil em LANs cabeadas: medição da intensidade do sinal, comparação dos sinais transmitidos e recebidos m difícil em LANs sem fio: receptor desligado enquanto transmitindo r analogia humana: o bom-de-papo educado

26 Protocolos MAC com Passagem de Permissão Protocolos MAC com particionamento de canais: m compartilham o canal eficientemente quando a carga é alta e bem distribuída m ineficiente nas cargas baixas: atraso no acesso ao canal. A estação consegue uma banda de 1/N da capacidade do canal, mesmo que haja apenas 1 nó ativo! Protocolos MAC de acesso aleatório m eficiente nas cargas baixas: um único nó pode usar todo o canal m cargas altas: excesso de colisões Protocolos de passagem de permissão buscam o melhor dos dois mundos! Determinismo

27 Protocolos MAC com Passagem de Permissão Polling: r nó mestre convida os escravos a transmitirem um de cada vez r Mensagens Request to Send e Clear to Send r problemas: m polling overhead m latência m ponto único de falha (mestre) Token passing: r controla um token passado de um nó a outro sequencialmente. r mensagem token r problemas: m token overhead m latência m ponto único de falha (token)

28 Endereços de LAN e ARP Endereços IP de 32-bit: r endereços da camada de rede r usados para levar o datagrama até a rede de destino (lembre da definição de rede IP) Endereço de LAN (ou MAC ou físico): r usado para levar o datagrama de uma interface física a outra fisicamente conectada com a primeira (isto é, na mesma rede) r Endereços MAC com 48 bits (na maioria das LANs) gravado na memória fixa (ROM) do adaptador de rede

29 Endereços de LAN e ARP Cada adaptador numa LAN tem um único endereço de LAN

30 Endereços de LAN (mais) r A alocação de endereços MAC é administrada pelo IEEE r O fabricante compra porções do espaço de endereço MAC (para assegurar a unicidade) r Analogia: (a) endereço MAC: semelhante ao número do CPF (b) endereço IP: semelhante a um endereço postal r endereçamento MAC é flat => portabilidade m é possível mover uma placa de LAN de uma rede para outra sem reconfiguração de endereço MAC r endereçamento IP hierárquico => NÃO portável m depende da rede na qual se está ligado

31 Lembre a discussão anterior sobre roteamento A B E Começando em A, dado que o datagrama está endereçado para B (endereço IP): r procure rede.endereço de B, encontre B em alguma rede, no caso igual à rede de A r camada de enlace envia datagrama para B dentro de um quadro da camada de enlace endereço MAC de B end. MAC de A end. IP de A end. IP de B dados IP datagrama quadro endereço de origem e destino do quadro endereço de origem e destino do pacote

32 ARP: Address Resolution Protocol ( Protocolo de Resolução de Endereços) r Cada nó IP (Host, Roteador) numa LAN tem um módulo e uma tabela ARP r Tabela ARP: mapeamento de endereços IP/MAC para alguns nós da LAN m TTL (Time To Live): tempo depois do qual o mapeamento de endereços será esquecido (tipicamente 20 min) Questão: como determinar o endereço MAC de B dado o endereço IP de B?

33 Protocolo ARP r A conhece o endereço IP de B, quer aprender o endereço físico de B r A envia em broadcast um pacote ARP de consulta contendo o endereço IP de B m todas as máquinas na LAN recebem a consulta ARP r B recebe o pacote ARP, responde a A com o seu (de B) endereço de camada física r A armazena os pares de endereço IP-físico até que a informação se torne obsoleta (esgota a temporização) m soft state: informação que desaparece com o tempo se não for re-atualizada

34 A Camada Física (Physical Layer) Transmissão de dados - Unidirecional (Simplex) - Bidirecional (Duplex) Alternada (Half-duplex) Simultânea (Full-duplex) r Analógico: comportamento contínuo no tempo. r Digital: comportamento discreto no tempo.

35 Comunicação Analógica X Digital Transmissão analógica Sinais analógicos industriais típicos: 0 a 20 mA, 4 a 20mA, +10V a –10V (toda a faixa é significativa) Rede telefônica convencional: freqüência e amplitude das ondas sonoras convertida em sinal elétrico equivalente pelo microfone, transmitida (faixa 300 a 3400 Hz) e convertida em som no receptor pelo alto-falante. Transmissão digital Permite introduzir técnicas para detectar erros de transmissão (CRC, etc.) Repetidores e reforçadores de sinal mais simples e eficientes Pode-se ter sinal analógico e informação digital !

36 Modos de Transmissão Forma de envio de bits: - paralela => várias linhas => todas referenciadas a um terra comum => bom para curtas distâncias (~20m) - serial => uma linha composta de um par de fios => usa diferença de potencial entre fios como sinal => bom para longas distâncias e mais barato Temporização de caracteres: - síncrona => intervalo de tempo entre caracteres consecutivos é fixo => cadência definida para cada bit por sinal de clock => clock enviado em fio separado ou codificado no sinal de dados - assíncrona => não existe intervalo definido de tempo entre caracteres consecutivos => caracteres delimitados por start e stop bits, que permitem sincronização a nível de bits - Em ambos os casos => necessária sincronia a nível de bits

37 Banda Base X Banda Larga Baseband (banda base) -Suporte de transmissão usado por um único canal, que ocupa todo o espectro de freqüências Broadband (banda larga) - Suporte de comunicação dividido em múltiplos canais, com sinais modulados - Requer MODEM (modulador / demodulador) => caro

38 Bit-rate X Baud-rate r Taxa de transmissão (bit rate): número de bits transmitidos por segundo, expressa em bps (bits per second). r Taxa de sinalização (baud rate): número de intervalos de sinalização (mudanças de amplitude) por segundo do sinal, expressa em bauds. r Se usarmos uma amplitude para 0 e outra para 1, então baudrate = bitrate. r Se utilizarmos um nível de amplitude para 2 bits (dibits), então baudrate = bitrate/2. r Se usarmos um nível de amplitude para 3 bits (tribits), então baudrate = bitrate/3. r Para codificar n bits agrupados em um mesmo nível de amplitude, são necessários 2 n amplitudes.

39 Bit-rate X Baud-rate r Relação entre baudrate e bitrate: m n = número de bits representados por cada nível de amplitude. m L = número de níveis de amplitude necessários = 2 n m bitrate = log 2 L. baudrate r Exemplos: r Isto explica como um modem capaz de gerar apenas intervalos de sinalização por segundo (9.600 baud) pode transmitir bps: ele opera com tribits, ou seja, 3 bits codificados em 8 níveis de tensão.

40 Modulação (broadband) Banda base Broadband r Possível combinar técnicas m Ex. QAM-16 (Quadrature Amplitude Modulation) combina 4 amplitudes e 4 fases, permitindo 16 valores por transição do sinal. Ou seja, 4 bits por baud (2 4 = 16); bitrate = 4 * baud rate amplitude fase freqüência

41 Codificação e Sincronização de Bits (Baseband) -transmissão serial de dados requer sincronização entre emissor e receptor - receptor tem que amostrar sinal na mesma freqüência em que este foi gerado - freqüência do sinal define o tempo bit (intervalo de sinalização) - amostragem deve ocorrer aprox. no meio do tempo bit

42 Codificação e sincronização de bits - sinal de sincronização pode ser enviado em fio separado daquele que envia a mensagem => funciona bem, permite altas freqüências de transmissão, mas mais caro - requer cabo com 4 fios => 2 para dados e 2 para sinal de sincronização

43 Codificação e sincronização de bits - outra opção: codificar na própria mensagem sinais que geram sincronização - transições (flancos) facilmente detectáveis eletronicamente - outras formas de codificação de bits foram criadas para este fim: - Codificação RZ (Return to Zero):

44 Codificação e Sincronização de Bits - Codificação Manchester : Obs.: baudrate = 2 x bitrate!

45 Codificação e Sincronização de Bits -Codificação Manchester diferencial - 0 = transição 1 = falta de transição tempo bit

46 A camada de Enlace de Dados (Data Link Layer) - Geralmente decomposta em 2 subcamadas (proposta IEEE): MAC (Medium Access Control): controle de acesso ao meio (muito importante em redes de difusão) LLC (Logical Link Control): controle lógico de enlace, faz todas as demais funções e oferece serviços à camada logo acima IEEE LLC IEEE – 1-Persistente CSMA-CD (Ethernet ->Xerox) IEEE – Token Bus (Fisico:Barramento, Lógico:Anel) IEEE – Token Ring – Passagem de Ficha em Anel (IBM)

47 Subcamada LLC -Classes de serviços de enlace: -sem conexão e sem reconhecimento -não há como recuperar quadro perdido -usado em sistemas com meio físico pouco sujeito à ruídos ou com controle de erros em outra camada -sem conexão com reconhecimento -controle de perda de quadros: se reconhecimento não recebido antes de time-out, repetir envio -com conexão -garante não perda, não repetição e seqüência correta de quadros -requer 3 etapas: estabelecer conexão, transmitir dados, liberar conexão

48 Ethernet Tecnologia de rede local dominante : r barato R$30 por 100Mbs! r primeira tecnologia de LAN largamente usada r Mais simples, e mais barata que LANs com token e ATM r Velocidade crescente: 10, 100, 1000 Mbps Esboço da Ethernet por Bob Metcalf

49 Estrutura do Quadro Ethernet Adaptador do transmissor encapsula o datagrama IP (ou outro pacote de protocolo da camada de rede) num quadro Ethernet Preâmbulo: r 7 bytes com padrão seguido por um byte com padrão r usado para sincronizar transmissor e receptor

50 Estrutura do Quadro Ethernet (mais) r Endereços: 6 bytes, quadro é recebido por todos os adaptadores e descartado se o endereço do quadro não coincide com o endereço do adaptador r Tipo: indica o protocolo da camada superior, geralmente é o protocolo IP mas outros podem ser suportados tais como Novell IPX e AppleTalk) r CRC: verificado no receptor, se um erro é detectado, o quadro é simplesmente descartado.

51 Codificação Manchester de Banda Básica r Banda básica significa que não se usa modulação de portadora; ao invés disto, bits são codificados usando codificação Manchester e transmitidos diretamente, modificando a voltagem de sinal de corrente contínua r Codificação Manchester garante que ocorra uma transição de voltagem a cada intervalo de bit, ajudando sincronização entre relógios do remetente e receptor

52 Ethernet r Serviço sem conexão e não confiável m sem handshake r Receptor (adaptador) simplesmente descarta frames com erro (erro de CRC) r Camadas de Aplicação ou Transporte podem recuperar erro

53 Ethernet: usa CSMA/CD A: examina canal, se em silêncio então { transmite e monitora o canal; Se detecta outra transmissão então { aborta e envia sinal de jam; atualiza número de colisões; espera como exigido pelo algoritmo exponential backoff; vá para A } senão {quadro transmitido; zera contador de colisões} } senão {espera até terminar a transmissão em curso vá para A}

54 Ethernet CSMA/CD (mais) Sinal Jam: garante que todos os outros transmissores estão cientes da colisão; 48 bits; Exponential Backoff: r Objetivo: adaptar tentativas de retransmissão para carga atual da rede m carga pesada: espera aleatória será mais longa r primeira colisão: escolha K entre {0,1}; espera é K tempo pré-definido r após a segunda colisão: escolha K entre {0,1,2,3}… r após 10 ou mais colisões, escolha K entre {0,1,2,3,4,…,1023} r K * (512 bit time)

55 Randomização de tempo no CSMA/CD (Binary Exponential Backoff) start Station Ready ? New Frame ? Ether Silent ? transmit Collision ? nc = nc+1 limit = 2 nc -1 Wait=random [0,limit] nc = 0 no yes

56 Tecnologias Ethernet: 10Base2 r 10: 10Mbps; 2: comprimento máximo do cabo de 200 metros (de fato, 186 metros) r cabo coaxial fino numa topologia em barramento r repetidores são usados para conectar múltiplos segmentos r repetidor repete os bits que ele recebe numa interface para as suas outras interfaces: atua somente na camada física! pacotes transmitidos viajam nas duas direções conector T terminador adaptador nó

57 Cabos Coaxiais Constituídos de 2 condutores concêntricos separados por isolante Capa protetora Trança metálica Capa isolante Alma de cobre Cabo com conectores BNC

58 10BaseT e 100BaseT r Taxas de transmissão de 10 e 100 Mbps; este último é chamado de fast ethernet r T significa Par Trançado r Usa concentrador (hub) ao qual os nós estão ligados por cabos individuais de 2 pares trançados, apresentando, portanto uma topologia em estrela r CSMA/CD implementado no hub

59 Par Trançado (Twisted Pair) - forma mais barata e clássica de conexão - cabo composto de n pares de fios de cobre isolados e arranjados de forma helicoidal -Efeito do arranjo helicoidal => reduzir induções eletromagnéticas parasitas => fios paralelos formam antena ! -Categoria 3: telefone, LAN 2 pares -Categoria 5: isolamento teflon, LAN usado em 100BaseT Conector RJ45

60 10BaseT e 100BaseT (mais) r Máxima distância do nó ao hub é de 100 metros r Hub pode desconectar um adaptador que não pára de transmitir (jabbering adapter) r Hub pode coletar e monitorar informações e estatísticas para apresentação ao administradores da LAN

61 Gbit Ethernet r Usa formato do quadro Ethernet padrão r Admite enlaces ponto-a-ponto e canais de difusão compartilhados r Em modo compartilhado, usa-se CSMA/CD; para ser eficiente, as distâncias entre os nós devem ser curtas (poucos metros) r Full-Duplex em 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto

62 Fibras Óticas - Sinais binários transmitidos como impulsos luminosos: - lógico 1 => presença de luz - lógico 0 => ausência de luz Feixe de fibras óticas - Princípio de transmissão na fibra: - ângulo de incidência grande => reflexão e refração - ângulo de incidência pequeno => reflexão total

63 - Problemas da interconexão: Como realizar o roteamento entre estações em subredes diferentes ? Como interconectar subredes que usam protocolos diferentes e incompatíveis ? ex. IBM Token-Ring x Ethernet Como interconectar subredes com arquiteturas diferentes ? (ex.: ISO/OSI x TCP/IP) Interconexão de redes

64 As diferentes possibilidades de interconexão - Repetidores (Repeaters): operam a nível da camada física, reforçando sinais elétricos no meio. -Pontes (Bridges): operam a nível da camada de enlace, armazenando, modificando e retransmitindo quadros. -Passarelas (Gateways), classificados em 2 tipos: Gateway conversor de meio (media-convertion gateway), também chamado Roteador (Router): opera a nível da camada de rede e pode realizar funções de roteamento, além das funções das pontes. Gateway tradutor de protocolos (protocol-translation gateway), que chamaremos aqui simplesmente de Gateway: opera a nível de camada de aplicação e permite interligar subredes completamente diferentes.

65 Bridges (Pontes)

66 Gateways (Passarelas)

67 Routers (Roteadores)

68 Hubs, Pontes e Comutadores r Usados para estender as características das redes locais: cobertura geográfica, número de nós, funcionalidade administrativa, etc. r Diferem entre si em respeito a: m isolamento de domínios de colisão m camada em que operam r Diferentes de roteadores m plug and play m não provêem roteamento ótimo de pacotes IP

69 Hubs r Dispositivos da camada física: basicamente são repetidores operando ao nível de bit: repete os bits recebidos numa interface para as demais interfaces r Hubs podem ser dispostos numa hierarquia (ou projeto de múltiplos níveis), com um hub backbone na raiz

70 Hubs (cont) r Vantagens de Hubs: m Dispositivos simples, baratos m Configuração em múltiplos níveis provê degradação suave: porções da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar m Estende a distância máxima entre pares de nós (100m por Hub) r Desvantagens de Hubs: m Não se pode misturar tipos diferentes de Ethernet (p.ex., 10BaseT and 100BaseT) m não isolam domínios de colisão: um nó pode colidir com qualquer outro nó residindo em qualquer segmento da rede local

71 ... Hubs

72 Pontes (Bridges) m Dispositivos da camada de enlace: operam em quadros Ethernet, examinando o cabeçalho do quadro, e reencaminhando seletivamente um quadro com base no seu endereço de destino m Ponte isola domínios de colisão pois ela armazena e reencaminha os quadros (resulta em aumento de vazão máxima total) m Pode interligar tipos diferentes de Ethernet pois é um dispositivo armazena e reencaminha m Transparente: não requer nenhuma modificação aos adaptadores dos nós da rede local

73 - Pontes são elementos inteligentes bidirecionais: escutam todas as mensagens enviadas em cada subrede -para cada mensagem, endereço de destino é verificado em uma tabela que indica em qual subrede este se encontra -se endereço de destino está na mesma subrede de origem, ponte ignora a mensagem -se endereço de destino está na outra subrede, ponte retransmite a mensagem na subrede destino Pontes (Bridges)

74 Pontes x Roteadores r Ambos são dispositivos armazena e reencaminha, porém Roteadores são dispositivos da Camada de Rede (examinam cabeçalhos da camada de rede) enquanto Pontes são dispositivos da Camada de Enlace r Roteadores mantêm tabelas de rotas e implementam algoritmos de roteamento; pontes mantêm tabelas de filtragem e implementam filtragem

75 Pontes x Roteadores (cont) r Operação de uma Ponte é mais simples requerendo menor capacidade de processamento r Roteadores: Requerem configuração de endereços IP (não são plug and play) - Requerem maior capacidade de processamento r Pontes são melhores em redes pequenas (algumas centenas de nós) enquanto roteadores são necessários em grandes redes (milhares de nós)

76 Comutadores Ethernet r Um comutador Ethernet (Ethernet switch) é um dispositivo que estende funções normais de ponte para incluir conexões dedicadas ponto-a-ponto r Uma estação ligada a um comutador através de uma conexão dedicada ponto-a-ponto sempre detecta que o meio está ocioso: não haverá colisões nunca! r Comutadores Ethernet provêem combinações de conexões compartilhadas/dedicadas, a 10/100/1000 Mbps

77 Uso de um Comutador Ethernet Dedicated Shared

78 Exemplo de Comutador Ethernet r A pode transmitir para A r enquanto B transmite para B e r C transmite para C, r simultaneamente. r A vazão agregada corresponde às três transferências simultâneas. r Por exemplo, 3 x 10 Mbps.

79 Switchers (Comutadores) Atuam em nível da camada 2 (comutação pelo endereço MAC dos frames)

80 Controle de Enlace Ponto-a-Ponto r Um transmissor, um receptor, um link: mais fácil que um enlace broadcast: m não há Controle de Acesso ao Meio m não há necessidade de endereçamento MAC explícito m ex., enlace discado, linha ISDN r protocolos ponto-a-ponto populares para camada de enlace: m PPP (point-to-point protocol) m HDLC: High level data link control

81 PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557] r Enquadramento de pacote: encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace m transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (não apenas o IP) ao mesmo tempo m transparência de bits: deve transportar qualquer padrão de bits no campo de dados r detecção de erros (mas não correção) r gerenciamento da conexão: detecta, e informa falhas do enlace para a camada de rede r negociação de endereço da camada de rede: os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar o endereço de rede de cada outro Recuperação de erros, controle de fluxo, re-ordenação dos dados são todos relegados para as camadas mais altas!

82 PPP Formato do Quadro r Flag: delimitador (enquadramento) r Endereço: não tem função (opção futura) r Controle: não tem função; r Protocolo: indica o protocolo da camada superior ao qual o conteúdo do quadro deve ser entregue (ex. IP, etc.) endereço controle tamanho variável ou CRC

83 PPP Formato dos dados r info: dados da camada superior sendo transportados r CRC: verificação de redundância cíclica para detecção de erros endereço controle tamanho variável ou CRC

84 PPP usa Byte Stuffing r Requisito de transparência de dados: o campo de dados deve poder incluir o padrão correspondente ao flag m Q: se for recebido o padrão são dados ou é flag? r Transmissor: acrescenta (stuffs) um byte extra com o padrão (escape) antes de cada byte com o padrão de flag nos dados r Receptor: m um byte seguido de em seguida: descarta o primeiro e continua a recepção de dados m único byte : então é um flag

85 Delimitação de quadros -Solução 1: enviar caracter adicional com tamanho do quadro -Inconveniente: perda ou deturpação deste caracter

86 Delimitação de quadros -Solução 2: Usar seqüências especiais de caracteres ASCII para delimitar quadro -inicio: -DLE (Data Link Escape, ASCII 10H) + STX (Start of Text, ASCII 02H) -Fim: -DLE + ETX (End of Text, ASCII 03H) -Caso seqüência DLE+ETX contida na parte de dados: emissor adiciona um DLE após cada DLE encontrado e receptor remove => caracter de transparência

87 Delimitação de quadros -Solução 3: em protocolos orientados a bits, usar seqüência especial de bits para delimitar quadro -Seqüência mais usual: Se esta seqüência estiver presente nos dados: emissor insere um 0 após cada 5 bits 1 consecutivos e receptor remove (bitstuffing) => bit de transparência


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