Ethernet Switches Transmissão em camada 2 (quadros) com filtragem usando endereços de LAN Switching: A-para-B a A’-para-B’ simultaneamente, sem colisões grande número de interfaces muitas vezes: hosts individuais são conectados em estrela no switch (1 host para cada porta) Ethernet, mas sem colisões!

Ethernet Switches cut-through switching: o quadro é enviado da entrada para a saída sem esperar pela montagem do quadro inteiro pequena redução da latência combinações de interfaces de 10/100/1000 Mbps, dedicadas e compartilhadas

Ethernet Switches (mais) Dedicated Para Internet Externa Shared

IEEE 802.11 Wireless LAN wireless LANs: rede sem fio (frequentemente móvel) padrão IEEE 802.11 : protocolo MAC espectro de freqüência livre: 900Mhz, 2.4Ghz Basic Service Set (BSS) (igual a uma “célula”) contém: wireless hosts access point (AP): estação base BSS’s se combinam para formar um sistema distribuído (DS)

Redes Ad Hoc Rede Ad hoc: estações IEEE 802.11 podem dinamicamente formar uma rede sem AP Aplicações: “laptop” encontrando-se numa sala de conferência, interconexão de equipamentos “pessoais” , rodovia inteligente campo de batalha IETF MANET (Mobile Ad hoc Networks) working group

IEEE 802.11 Protocolo MAC: CSMA/CA 802.11 CSMA: transmissor - se o canal é sentido vazio por DISF segundos então envia o quadro inteiro (não há detecção de colisão) -se o canal é sentido ocupado Então binary backoff 802.11 CSMA receptor: se o quadro é recebido OK returna ACK depois de SIFS segundos origem destino outros NAV: acesso diferido

IEEE 802.11 MAC Protocol Protocolo 802.11 CSMA: outras estações NAV: Network Allocation Vector quadro 802.11 tem campo com tempo de transmissão outros (ouvindo a rede) deferem o aceso por NAV unidades de tempo origem destino outros NAV: acesso diferido

Efeito do Terminal Oculto Terminais ocultos: A, C não podem ouvir um ao outro obstáculos (a) , atenuação do sinal (b) colisões em B objetivo: evitar colisões em B CSMA/CA: CSMA with Collision Avoidance

Collision Avoidance: Troca de RTS-CTS CSMA/CA: reserva explícita de canal transmissor: envia RTS curto: request to send receptor: responde com um CTS: clear to send CTS reserva o canal para o transmissor, notificando as outras estações (possivelmente ocultas) evita colisões com estações ocultas origem destino outros NAV: acesso diferido

Collision Avoidance: troca de RTS-CTS RTS e CTS curtos: colisões são menos prováveis e de duração menor resultado final é similar a detecção de colisão IEEE 802.11 permite: CSMA CSMA/CA: reservas polling a partir do AP origem destino outros NAV: acesso diferido

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

PPP Requisitos de Projeto [RFC 1557] Enquadramento de pacote: encapsulamento do datagrama da camada de rede no quadro da camada de enlace transporta dados da camada de rede de qualquer protocolo de rede (não apenas o IP) ao mesmo tempo capacidade de separar os protocolos na recepção tranparência de bits: deve trasnportar qualquer padrão de bits no campo de dados detecção de erros (mas não correção) gerenciamento da conexão: detecta, e informa flhas do enlace para a camada de rede negociação de endereço da camada de rede: os pontos terminais do enlace podem aprender e configurar o endereço de rede de cada outro

PPP não-requisitos não há correção nem recuperação de erros não há controle de fluxo aceita entregas fora de ordem (embora seja pouco comum) não há necessidade de suportar enlaces multiponto (ex., polling) Recuperação de erros, controle de fluxo, re-ordenação dos dados são todos relegados para as camadas mais altas!

PPP Formato do Quadro Flag: delimitador (enquadramento) Endereço: não tem função (apenas uma opção futura) Controle: não tem função; no futuro é possível ter múltiplos campos de controle Protocolo: indica o protocolo da camada superior ao qual o conteúdo do quadro deve ser entregue (ex. PPP-LCP, IP, IPCP, etc.) endereço controle tamanho variável ou CRC

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

Byte Stuffing Requisito de “transparência de dados”: o campo de dados deve poder incluir o padrão correspondente ao flag <01111110> Q: se for recebido o padrão <01111110> são dados ou é flag? Transmissor: acrescenta (“stuffs”) um byte extra com o padrão < 01111101> (escape) antes de cada byte com o padrão de flag < 01111110> nos dados Receptor: um byte 01111101 seguido de 01111110 em seguida: discarta o primeiro e continua a recepção de dados único byte 01111110: então é um flag

Byte Stuffing byte com o padrão do flag nos dados a enviar byte com o padrão de escape acrescentado nos dados transmitidos seguido por um byte com padrão de flag

PPP Protocolo de Controle de Dados Antes de trocar dados da camada de rede, os parceiros da camada de enlace devem configurar o enlace PPP (tamanho máximo do quadro, autenticação) aprender/configurar as informações da camada de rede para o IP: transportar mensagens do Protocolo de Controle IP (IPCP) (campo de protocolo: 8021) para configurar/ aprender os endereços IP

Modo de Transferência Assíncrono: ATM Padrão dos anos 1980/1990 para altas taxas de transmissão (155Mbps a 622 Mbps e mais alto) arquitetura de Broadband Integrated Service Digital Network (B-ISDN) Objetivo: transporte integrado de voz, dados e imagens com foco nas redes públicas de comunicação deve atender os requisitos de tempo/QoS para aplicações de voz e de vídeo (versus o serviço de melhor esforço da Internet) telefonia de “próxima geração”: fundamentos técnicos no mundo da telefonia comutação de pacotes (pacotes de tamanho fixo, chmados “células”) usando circuitos virtuais

Arquitetura ATM camada de adaptação: apenas na borda de uma rede ATM segmentação e remontagem dos dados grosseiramente análoga à camada de transporte da Internet camada ATM: camada de “rede” comutação de células, roteamento camada física

ATM: camada de rede ou de enlace? Visão: transporte fim-a-fim: “ATM de computador a computador” ATM é uma tecnologia de rede Realidade: usada para conectar roteadores IP de backbone “IP sobre ATM” ATM como uma camada de enlace comutada, conectando roteadores IP

Camada de Adaptação ATM (AAL) Camada de Adaptação ATM (AAL): “adapta” camadas superiores (aplicações IP ou nativas ATM) para a camada ATM abaixo AAL presente apenas nos sistemas finais, não nos comutadores ATM (“switches”) O segmento da camada AAL (campo de cabeçalho/trailer e de dados ) são fragmentados em múltiplas células ATM analogia: segmento TCP em muitos pacotes IP

Camada de Adaptação ATM (AAL) [mais] Diferentes versões da camada AAL, dependendo da classe de serviço ATM: AAL1: para serviço CBR (Taxa de Bit Constante), ex. emulação de circuitos AAL2: para serviços VBR (Taxa de Bit Variável), ex., vídeo MPEG AAL5: para dados (ex., datagramas IP) Dados de usuário AAL PDU célula ATM

AAL5 - “Simple And Efficient AL” (SEAL) AAL5: AAL com cabeçalhos pequenos usado para transportar datagramas IP 4 bytes de verificação cíclica de erros PAD assegura que o segmento tem tamanho múltiplo de 48 bytes grandes unidades de dados AAL5 devem ser fragmentadas em células ATM de 48-bytes

Camada ATM Serviço: transporte de células através da rede ATM análoga à camada de rede IP serviços muito diferentes da camada de rede IP Guarantias ? Arquitetura de Rede Internet ATM Modelo de Serviço melhor esforço CBR VBR ABR UBR Aviso de Congestão não (inferido pelas perdas) não há congestão sim não Banda não taxa constante garantida mínimo garantido Perda não sim Ordem não sim Tempo não sim

Camada ATM: Circuitos Virtuais Transporte em VC: células são transportadas sobre VC da fonte ao destino estabelecimento de conexão, necessário para cada chamada antes que o fluxo de dados possa ser iniciado cada pacote trasnporta um identificador de VC (não transporta o endereço do destino) cada comutador com caminho entre a fonte e o destino mantém o “estado” para cada conexão passante recursos do enlace e do comutador (banda passante, buffers) podem ser alocados por VC: para obter um comportamente semelhante a um circuito físico VCs Permanentes (PVCs) conexões de longa duração tipicamente: rota “permanente” entre roteadores IP VCs Comutados (SVC): dinamicamente criados numa base por chamada

ATM VCs Vantagens do uso de circuitos virtuais no ATM: índices de QoS garantidos para conexões mapeadas em circuitos virtuais (banda passante, atraso, variância de atraso) Problemas no uso de circuitos virtuais: O suporte de tráfego datagrama é ineficiente um PVC entre cada par origem/destino não tem boa escalabilidade (N2 conexões são necessárias) SVC introduz latência de estabelecimento de conexão e atrasos de processamento para conexões de curta duração

Camada ATM: célula ATM cabeçalho da célula ATM com 5 bytes carga útil com 48-bytes Porque?: carga útil pequena -> pequeno atraso de criação de célula para voz digitalizada meio do caminho entre 32 and 64 (compromisso!) Cabeçalho da célula Formato da célula 3º bit no campo PT; valor 1 indica última célula (AAL-indicate bit)

Cabeçalho da célula ATM VCI: identificador de canal virtual pode mudar de enlace para enlace através da rede PT: Tipo de payload (ex. célula RM versus célula de dados) CLP: bit de Prioridade de Perda de Célula CLP = 1 implica célula de baixa prioridade, pode ser descartada em caso de congestão HEC: Verificação de Erros no Cabeçalho verificação cíclica de erros

Camada Física ATM A camada física se compõe de duas partes (subcamadas ): Subcamada de Convergência de Transmissão (TCS): adapta a camada ATM acima à subcamada física abaixo (PMD) Subcamada Dependente do Meio: depende do tipo de meio físico sendo empregado Funções da TCS : Geração do checksum do cabeçalho: 8 bits CRC Delineamento de célula Com uma subcamada PMD não estruturada, transmite células vazias (“idle cells”) quando não há células de dados a enviar

Camada Física ATM (mais) Subcamada Dependente do Meio Físico (PMD) SONET/SDH: estrutura de transmissão de quadros (como um container carregando bits); sincronização de bits; partições da banda passante (TDM); várias velocidades: OC1 = 51.84 Mbps; OC3 = 155.52 Mbps; OC12 = 622.08 Mbps T1/T3: estrutura de transmissão de quadros (velha hierárquia de telefonia: 1.5 Mbps/ 45 Mbps. No Brasil usa-se a hierárquia européia E1/E3: 2 / 34 Mbps não estruturada: apenas células (ocupadas/vazias)

IP-sobre-ATM IP sobre ATM substitui “rede” (ex., segmento de LAN) com a rede ATM endereços ATM, endereços IP apenas IP Clássico 3 “redes” (ex., segmentos de LAN) endereços MAC (802.3) e IP rede ATM Ethernet LANs Ethernet LANs

IP-sobre-ATM Questões: datagramas IP em ATM AAL5 PDUs dos endereços IP aos endereços ATM da mesma forma que de endereços IP para endereços MAC 802.3! rede ATM Ethernet LANs

Viagem de um Datagrama numa Rede IP-sobre-ATM no Endereço de Origem: Camada IP encontra um mapeamento entre o endereço IP e o endereço de destino ATM (usando ARP) passa o datagrama para a camada de adaptação AAL5 AAL5 encapsula os dados, segmenta em células, e passa para a camada ATM Rede ATM: move a célula para o destino de acordo com o seu VC (circuito virtual) no Host de Destino: AAL5 remonta o datagrama original a partir das células recebidas se o CRC OK, datagrama é passado ao IP

ARP em redes ATM A rede ATM precisa do endereço de destino da mesma forma que uma rede Ethernet necessita do endereço MAC do destino Translação de endereço IP/ATM é feita pelo protocolo ATM ARP (Address Resolution Protocol) servidor ARP numa rede ATM realiza broadcast de translações solicitadas para todos os equipamentos ATM conectados hosts podem registrar seus endereços ATM com o servidor para facilitar as buscas

X.25 e Frame Relay Semelhante ao ATM: tecnologias de redes de longa distância orientados a circuitos virtuais origens no mundo da telefonia podem ser usados para transportar datagramas IP portanto podem ser vistos como entidades de camada de enlace pelo protocolo IP

X.25 X.25 constrói circuitos virtuais (VC) entre a origem e o destino para cada conexão Controle por salto ao longo do caminho controle de erros (com retransmissões) em cada salto usando LAP-B variante do protocolo HDLC controle de fluxo por saltos usando créditos a congestão que ocorre num nó intermediário se propaga para o nó anterior no caminho dos pacotes chega até a fonte através desta “pressão para trás”

IP versus X.25 X.25: entrega fim-a-fim confiável e seqüencial “inteligencia na rede” IP: entrega fim-a-fim não confiável, não-seqüencial “inteligência nos terminais” roteadores de alta capacidade: a quantidade de processamento é limitada 2000: IP vence

Frame Relay Projetado no final da década de 80, largamente usado nos anos 90 Serviço Frame relay: não há controle de erros controle de congestão fim-a-fim

Frame Relay (mais) Projetado para interconectar redes locais corporativas tipicamente opera com circuitos virtuais permanentes (PVCs): “tubo” carregando tráfego agregado entre roteadores circuitos virtuais comutados (SVCs): como no ATM usuários corporativos alugam serviços FR de prestadores de serviços de redes Frame Relay públicas (ex., Embratel, ATT) camada 3 Campos de dados do usuário camada 2 endereçamento do Quadro, roteamento, notificação de congestão

Frame Relay (mais) bits de Flag, 01111110, delimitadores do quadro endereço flags dados CRC bits de Flag, 01111110, delimitadores do quadro endereço: campo de 10 bits com indentificador de VC 3 bits de controle de congestão FECN: notificação explícita de congestão à frente (quadro experimentou congestão no caminho) BECN: congestão no caminho reverso DE: possibilidade de descarte

Frame Relay -Controle de Taxa no VC Taxa de Informação Comprometida (CIR) taxa definida e garantida para cada VC negociada no tempo de estabelecimento do VC o preço do serviço é baseado no CIR but DE : bit com Possibilidade de Descarte Comutador FR de borda mede o tráfego para cada VC; marca o bite DE DE = 0: alta prioridade, quadro dentro da taxa comprometida; entregue a todo custo DE = 1: baixa prioridade, elegível para descarte em caso de congestão

Frame Relay - CIR & Marcação de Quadro Taxa de acesso: taxa R do enlace de acesso entre o roteador originador (cliente) e o comutador FR de borda (provedor); 64Kbps < R < 1,544Kbps Tipicamente, muitos VCs (um para cada roteador de destino) são multiplexados no mesmo tronco de acesso; cada VC tem o seu próprio CIR O comutador FR de borda mede a taxa de tráfego para cada ; ele marca o quadro (se DE <= 1) quadros que excedem o CIR (estes podem ser descartados posteriormente)

Capítulo 5: Resumo princípios por trás dos serviços da camada de enlace: detecção e correção de erros compartilhando um canal broadcast: acesso múltiplo endereçamento da camada de enlace, ARP várias tecnologias da camada de enlace Ethernet hubs, pontes, switches IEEE 802.11 LANs PPP ATM X.25, Frame Relay viagem através da pilha de protocolos agora ENCERRADA! próximas paradas: segurança, gerenciamento de rede