Teleprocessamento e Redes

Apresentação em tema: "Teleprocessamento e Redes"— Transcrição da apresentação:

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

2 Redes de Difusão (Broadcast) versus 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

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

9 Modelo de Sistema Estações: autônomas mono-programadas
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) Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

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

16 ALOHA (2) Estação A B C D E Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
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17 ALOHA: Período de Contenção
Colisão com o início do quadro Colisão com o final do quadro t t0 t0+t t0+2t t0+3t Período de vulnerabilidade Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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) Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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) Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

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

30 CSMA/CD: Algoritmo de contenção
Uma ou mais estações têm quadros para transmitir (anterior ao instante t0) Cada estação “escuta” o meio Quando o meio se torna livre (t0): 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

32 CSMA/CD: Mais uma ilustração
Applet animado (Kurose & Ross, 2003) Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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) Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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) Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

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

40 Problema da estação “escondida”
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 A B C D Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

41 Problema da estação “exposta”
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) A B C D Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

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

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

49 Padrões IEEE 802 Ethernet Token Bus Token Ring LAN Sem Fio PAN DQDB
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50 Padrões IEEE 802: Escopo Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
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51 IEEE 802: Ligação entre redes locais diferentes (Bridging)
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52 IEEE 802.3: Introdução CSMA/CD 1-persistente Ethernet
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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

53 IEEE 802.3 e Ethernet 1976: Xerox (Bob Metcalfe) Inicialmente: 10Mbps
Barramento compartilhado Inicialmente: cabo coaxial 50 Ohms 802.3 e Ethernet original não são exatamente idênticos Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

55 IEEE 802.3: Cabeamento (2) Teleprocessamento e Redes - INF/UFG
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56 IEEE 802.3: Topologias 10Base5 e 10Base2 Repetidor: 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

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

61 IEEE 802.3: Protocolo MAC Preâmbulo: Delimitador de início de quadro
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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

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

68 IEEE 802.3: Recuperação de colisões (2)
Após a i-ésima colisão Cada estação aguarda entre 0 e 2i-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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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! Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

70 Redes 802.3 Chaveadas (Switches)
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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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

73 Redes 802.3 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 802.3 Isto é, provê a ligação entre várias redes 802.3 Em geral: switch é responsável pelo encaminhamento de quadros entre origem e destino para redes adjacentes Mas não lida com roteamento entre redes “distantes” Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

74 Hubs X Switches Hub Switch 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

75 Conclusão sobre 802.3 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

76 Conclusão sobre 802.3 (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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

77 IEEE 802: Outros padrões para redes locais – 802.4 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

78 IEEE 802: Outros padrões para redes locais – 802.4 Token Bus (2)
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79 IEEE 802: Outros padrões para redes locais – 802.5 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

80 IEEE 802: Outros padrões para redes locais – 802.5 Token Ring (2)
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81 IEEE 802: Outros padrões para redes locais – 802.5 Token Ring (3)
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82 LANs IEEE 802: Conclusão Três padrões incompatíveis Desempenho:
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” 802.3 tem, de longe, a maior base instalada, aliado a uma maior disponibilidade comercial e baixo custo Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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”) Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

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

88 Pontes: Interconexão de redes
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89 Pontes: Funcionamento
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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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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) Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

95 Pontes transparentes: Exemplo
25:4E:62:34:4F:F5 45:21:3B:50:13:5C 34:5A:B2:10:65:BA Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 MAC Porta (LAN) destino Tempo 34:5A:B2:10:65:BA 1 10:35 45:21:3B:50:13:5C 2 10:36 25:4E:62:34:4F:F5 10:45 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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” Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. 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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa

101 Pontes baseadas em “árvores de espalhamento”: Exemplo
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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 Teleprocessamento e Redes - INF/UFG Prof. Fábio M. Costa