64
5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção de erros compartilhamento de canal de difusão: acesso múltiplo endereçamento da camada de enlace instanciação e implementação de diversas tecnologias de camada de enlace

5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-1

A Camada de Enlace de Dados

Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da

camada de enlace de dados: detecção e correção de erros compartilhamento de canal de difusão: acesso

múltiplo endereçamento da camada de enlace

instanciação e implementação de diversas tecnologias de camada de enlace

Page 2: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-2

Camada de Enlace: IntroduçãoAlguma terminologia: hosts e roteadores são nós canais de comunicação que

conectam nós adjacentes ao longo de um caminho de comunicação são enlaces/link enlaces cabeados enlaces sem fio (não

cabeados) LANs

Pacote da camada 2 é um quadro/frame, encapsula datagramas

“link”

a camada de enlace é responsável por transferir os datagramas entre nós adjacentes através do enlace

Page 3: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-3

Camada de Enlace: Contexto

Datagrama é transferido por diferentes protocolos de enlace em diferentes enlaces: Ex.: Ethernet no primeiro enlace,

frame relay em enlaces intermediários e 802.11 no último enlace

Cada protocolo de enlace provê diferentes serviços ex.: pode ou não prover

transporte confiável de dados através do enlace

Page 4: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-4

Protocolos da Camada de Enlace

Page 5: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-5

Serviços da Camada de Enlace

Enquadramento (Delimitação do quadro) e acesso ao enlace: encapsula datagrama num quadro adicionando

cabeçalho (header) e cauda (tail), implementa acesso ao canal se meio for

compartilhado, ‘endereços físicos (MAC)’ são usados nos cabeçalhos

dos quadros para identificar origem e destino de quadros em enlaces multiponto

• Diferente do endereço IP! Entrega confiável entre nós adjacentes:

Raramente usada em canais com baixas taxas de erro (fibra óptica, alguns tipos de pares trançados)

Canais sem fio: altas taxas de erros

Page 6: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-6

Serviços da Camada de Enlace (mais)

Controle de Fluxo: compatibilizar taxas de produção e consumo de

quadros entre remetentes e receptores Detecção de Erros:

erros são causados por atenuação do sinal e por ruído receptor detecta presença de erros

• receptor sinaliza ao remetente para retransmissão, ou simplesmente descarta o quadro em erro

Correção de Erros: mecanismo que permite que o receptor localize e

corrija o(s) erro(s) sem precisar da retransmissão Half-duplex e full-duplex

com half duplex, os nós de cada lado podem transmitir, mas não simultaneamente

Page 7: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-7

Comunicação entre Adaptadores

camada de enlace implementada no “adaptador” (NIC) placa Ethernet, cartão

PCMCIA, cartão 802.11 lado transmissor:

Encapsula o datagrama em um quadro

Adiciona bits de verificação de erro, transferência confiável de dados, controle de fluxo, etc.

Lado receptor verifica erros, transporte

confiável, controle de fluxo, etc.

extrai o datagrama, passa-o para o nó receptor

adaptador é semi-autônomo camadas de enlace e física

nótransm.

quadro

nóreceptor

datagrama

quadro

adaptador adaptador

Protocolo da camadade enlace

Page 8: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-8

Enlaces e Protocolos de Acesso MúltiploTrês tipos de enlace: (a) Ponto-a-ponto (um cabo único) (b) Difusão (cabo ou meio

compartilhado; p.ex., Ethernet, rádio, etc.)

(c) Comutado (p.ex., E-net comutada, ATM, etc)

Começamos com enlaces com Difusão. Desafio principal: Protocolo de Múltiplo Acesso

Page 9: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-9

Protocolos de Acesso Múltiplo

canal de comunicação único de difusão interferência: quando dois ou mais nós transmitem

simultaneamente colisão se um nó receber dois ou mais sinais ao mesmo

tempoProtocolo de acesso múltiplo algoritmo distribuído que determina como os nós

compartilham o canal, isto é, determina quando um nó pode transmitir

comunicação sobre o compartilhamento do canal deve usar o próprio canal! não há canal fora da faixa para coordenar a transmissão

Page 10: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-10

Taxonomia dos Protocolos MAC

Três classes gerais: Particionamento do Canal

divide o canal em pequenos “pedaços” (slots de tempo, freqüência, código)

aloca pedaço a um dado nó para uso exclusivo deste Acesso Aleatório

canal não é dividido, podem ocorrer colisões “recuperação” das colisões

Revezamento Nós se alternam em revezamento, mas nós que

possuem mais dados a transmitir podem demorar mais quando chegar a sua vez

Page 11: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-11

Protocolos de Acesso Aleatório

Quando nó tem um pacote para transmitir transmite na taxa máxima R. nenhuma coordenação a priori entre os nós

dois ou mais nós transmitindo ➜ “colisão”, O protocolo MAC de acesso aleatório especifica:

como detectar colisões como se recuperar delas (através de retransmissões

retardadas, por exemplo) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatório:

ALOHA CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA

Page 12: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-12

CSMA (Carrier Sense Multiple Access – Acesso Múltiplo com Detecção de Portadora)

CSMA: escuta antes de transmitir:Se o canal estiver livre: transmite todo o quadro Se o canal estiver ocupado, adia a transmissão

Page 13: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-13

CSMA/CD (Detecção de Colisões)

CSMA/CD: detecção da portadora, adia a transmissão como no CSMAAs colisões são detectadas em pouco tempoTransmissões que sofreram colisões são

abortadas, reduzindo o desperdício do canal Detecção de colisões:

Fácil em LANs cabeadas: mede a potência do sinal, compara o sinal recebido com o transmitido

Difícil em LANs sem fio

Page 14: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-14

Detecção de colisões em CSMA/CD

Page 15: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-15

Tecnologias de LAN

Tecnologias de redes locais (LAN)EndereçamentoEthernetHubs e switchesPPP

Page 16: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-16

Endereços MAC e ARP

Endereço IP de 32 bits: Endereços da camada de redeusado para levar o datagrama à

subrede IP destinoEndereço MAC (ou LAN, ou físico, ou

Ethernet): usado para levar o datagrama de uma

interface até outra interface conectada fisicamente (da mesma rede)

Endereço MAC de 48 bits (para a maioria das redes); queimado na ROM do adaptador

Page 17: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-17

Endereços LAN e ARP

Cada adaptador na LAN possui um endereço LAN único

Endereço de Difusão =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cabeada orsem fio)

Page 18: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-18

Endereço LAN (cont)

Alocação de endereços MAC administrada pelo IEEE Um fabricante compra uma parte do espaço de

endereços (para garantir unicidade) Analogia: (a) endereço MAC: como número do CPF (b) endereço IP: como endereço postal endereço MAC sem estrutura => portabilidade

Pode mover um cartão LAN de uma LAN para outra endereço IP hierárquico NÃO é portátil (requer IP

móvel)Depende da subrede IP à qual o nó está conectado

Page 19: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-19

ARP: Address Resolution Protocol (Protocolo de Resolução de Endereços)

Cada nó IP (Host, Roteador) de uma LAN possui tabela ARP

Tabela ARP: mapeamento de endereços IP/MAC para alguns nós da LAN

< endereço IP; endereço MAC; TTL>

TTL (Time To Live): tempo a partir do qual o mapeamento de endereços será esquecido (valor típico de 20 min)

Pergunta: como obter oendereço MAC de B a partir do endereço IP de B?

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237.196.7.23

237.196.7.78

237.196.7.14

237.196.7.88

Page 20: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-20

Protocolo ARP: Mesma LAN (rede)

A deseja enviar datagrama para B, e o endereço MAC de B não está na tabela ARP.

A difunde o pacote de solicitação ARP, que contém o endereço IP de B Endereço MAC destino =

FF-FF-FF-FF-FF-FF todas as máquinas na

LAN recebem a consulta do ARP

B recebe o pacote ARP, responde a A com o seu (de B) endereço MAC Quadro enviado para o

endereço MAC (unicast) de A

Uma cache (salva) o par de endereços IP-para-MAC na sua tabela ARP até que a informação fique antiquada (expire) ‘soft state’: informação que

expira (vai embora) a menos que seja renovada

ARP é “plug-and-play”: os nós criam suas

tabelas ARP sem a intervenção do administrador da rede

Page 21: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-21

Roteando um pacote para outra LAN

passo a passo: envio de datagrama de A para B via R

assuma que A conhece o endereço IP de B

Duas tabelas ARP no roteador R, uma para cada rede IP (LAN)

In routing table at source Host, find router 111.111.111.110 In ARP table at source, find MAC address E6-E9-00-17-BB-4B, etc

A

RB

Page 22: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-22

A cria datagrama com origem A, destino B A usa ARP para obter o endereço MAC de R para

111.111.111.110 A cria quadro da camada de enlace com o endereço MAC

de R como destino, quadro contém datagrama IP de A para B

O adaptador de A envia o quadro O adaptador de R recebe o quadro R remove o datagrama IP do quadro Ethernet, verifica que

é destinado para B R usa ARP para obter o endereço MAC de B R cria quadro contendo datagrama IP de A para B e o

envia para B

A

RB

Page 23: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-23

Ethernet Muitíssimo difundida porque:

Muito barata! R$30 para placas 10/100Mbps! A mais antiga das tecnologias de rede local Mais simples e menos cara que redes usando ficha ou ATM Acompanhou o aumento de velocidade: 10 Mbps – 10 Gbps

Rascunho de Metcalfe sobre o Ethernet

Page 24: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-24

Topologia em Estrela

Topologia de barramento popular até meados dos anos 90

Agora prevalência de topologia estrela Escolhas de conexão: hub ou switch

hub ouswitch

Page 25: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-25

Estrutura de Quadro Ethernet

Adaptador remetente encapsula datagrama IP (ou pacote de outro protocolo da camada de rede) num Quadro Ethernet

Preâmbulo: 7 bytes com o padrão 10101010 seguidos por

um byte com o padrão 10101011 usado para sincronizar receptor ao relógio do

remetente (relógios nunca são exatos, é muito provável que exista algum desvio entre eles)

Page 26: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-26

Estrutura de Quadro Ethernet (cont)

Endereços: 6 bytes para cada endereço MACse o adaptador recebe um quadro com

endereço destino igual ao seu, ou com endereço de difusão (ex., pacote ARP), ele passa os dados do quadro para o protocolo da camada de rede

caso contrário, o adaptador descarta o quadro

Tipo: indica o protocolo da camada superior, usualmente IP, mas existe suporte para outros (tais como IPX da Novell e AppleTalk)

CRC: verificado pelo receptor: se for detectado um erro, o quadro será descartado

Page 27: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-27

Serviço não confiável e sem conexões Sem conexões: Não há estabelecimento de conexão

(saudação) entre os adaptadores transmissor e receptor.

Não confiável: o adaptador receptor não envia ACKs ou NACKs para o adaptador transmissor fluxo de datagramas passados para a camada de

rede pode conter falhas na seqüência falhas serão preenchidas se aplicação estiver usando

o TCP caso contrário, a aplicação verá as falhas

Page 28: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-28

Ethernet usa o CSMA/CD

O adaptador não transmite se perceber que algum outro adaptador está transmitindo, isto é, escuta antes de transmitir (carrier sense)

O adaptador transmissor aborta quando percebe que outro adaptador está transmitindo, isto é, detecção de colisão

Antes de tentar uma retransmissão, o adaptador espera um tempo aleatório, isto é, acesso aleatório

Page 29: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-29

10BaseT e 100BaseT Taxas de transmissão de 10 e 100 Mbps; esta última é

chamado de “fast ethernet” T significa Par Trançado (Twisted pair) Nós são conectados a um hub: “topologia estrela”;

distância máxima entre os nós e o hub de 100m.

par trançado

hub

Page 30: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-30

Gbit Ethernet

Usa formato padrão do quadro Ethernet Admite enlaces ponto-a-ponto e canais de

difusão compartilhados Em modo compartilhado, usa CSMA/CD; para

ser eficiente, as distâncias entre os nós devem ser curtas (poucos metros)

Os Hubs usados são chamados de Distribuidores com Buffers (“Buffered Distributors”)

Full-Duplex a 1 Gbps para enlaces ponto-a-ponto

Agora temos também 10 Gbps!

Page 31: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-31

Codificação de Manchester

Usado no 10BaseT Cada bit possui uma transição Permite que os relógios nos nós transmissor e receptor

entrem em sincronismo não há necessidade de um clock global, centralizado

Mas, isto é assunto para a camada física!

Page 32: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-32

HubsHubs são essencialmente repetidores de camada física:

bits vindos de um link são repetidos em todos os demais links na mesma taxa sem bufferização de quadros não há CSMA/CD no hub: os adaptadores detectam as

colisões provê funcionalidade de gerenciamento da rede

par trançado

hub

Page 33: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-33

Interconexão com hubs

Hub no backbone interconecta segmentos de LAN Estende a distância máxima entre nós Mas os domínios de colisão de segmentos individuais tornam-se um

grande domínio de colisão Não dá para interligar 10Base T com 100BaseT

hub

hubhub

hub

Page 34: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-34

Switch (comutador)

Dispositivo da camada de enlace

armazena e retransmite quadros Ethernetexamina o cabeçalho do quadro e seletivamente

encaminha o quadro baseado no endereço MAC do destino

quando o quadro deve ser encaminhado num segmento, usa o CSMA/CD para acessá-lo

transparente

hosts ignoram a presença dos switches plug-and-play, self-learning (auto aprendizado)

switches não necessitam ser configurados

Page 35: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-35

Encaminhamento

• Como determina em que segmento de LAN deve encaminhar o quadro? • Parece um problema de roteamento...

hub

hubhub

switch1

2 3

Page 36: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-36

Auto aprendizado

Um switch possui uma tabela de comutação entrada na tabela de comutação:

(Endereço MAC, Interface, Carimbo de tempo) entradas antigas na tabela são descartadas (TTL pode ser

de 60 min) switch aprende que hosts podem ser alcançados através de quais

interfaces quando um quadro é recebido, o switch “aprende” a

localização do transmissor: segmento de LAN de onde ele veio

registra o par transmissor/localização na tabela de comutação

Page 37: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-37

Exemplo com Switch

Suponha que C envia quadro para D

Switch recebe o quadro vindo de C anota na tabela de comutação que C está na interface 1 dado que D não se encontra na tabela, encaminha o

quadro para as demais interfaces: 2 e 3 quadro é recebido por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

endereço interface

ABEG

1123

12 3

Page 38: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-38

Exemplo com Switch

Suponha que D responde com um quadro para C.

Switch recebe o quadro vindo de D anota na tabela de comutação que D está na interface 2 dado que C está na tabela, encaminha o quadro apenas

na interface 1 quadro é recebido por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

interface

ABEGC

11231

endereço

Page 39: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-39

Switch: isolamento de tráfego

Instalação do switch quebra a subrede em diversos segmentos de LAN

switch filtra os pacotes: quadros do mesmo segmento de LAN não são

normalmente encaminhados para os outros segmentos

segmentos tornam-se domínios de colisão separados

hub hub hub

switch

domínio de colisãodomínio de colisão

domínio de colisão

Page 40: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-40

Switches: acesso dedicado

Switch com diversas interfaces Hosts têm conexão direta com

o switch Sem colisões; full duplex

Comutação: A-para-A’ e B-para-B’ simultaneamente, sem colisões

switch

A

A’

B

B’

C

C’

Page 41: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-41

Rede Institucional/corporativa

hub

hubhub

switch

para a redeexterna

roteador

subrede IP

servidor de mail

servidor web

Page 42: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-42

Switches vs. Roteadores

ambos são dispositivos do tipo armazena-e-encaminha roteadores: dispositivos da camada de rede (examinam os

cabeçalhos da camada de rede) switches são dispositivos da camada de enlace

roteadores mantêm tabelas de roteamento, implementam algoritmos de roteamento

switches mantêm tabelas de comutação, implementam filtragem, algoritmos de aprendizado

Page 43: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-43

Controle de Enlace de Dados Ponto a Ponto

um transmissor, um receptor, um canal: mais fácil que um canal de difusão:

sem controle de acesso ao meio (MAC)sem necessidade de endereçamento MAC

explícitoex.: canal discado, canal ISDN/RDSI

protocolos de enlace ponto a ponto populares:

PPP (point-to-point protocol)HDLC: High level data link control -

Controle de Enlace de Dados de Alto Nível (enlace de dados era considerado “alto nível” na pilha de protocolos”)

Page 44: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-44

Quadro de Dados do PPP

Flag: delimitador (enquadramento) Endereço: não faz nada (apenas uma opção) Controle: não faz nada; no futuro pode ter múltiplos

campos de controle Protocolo: protocolo da camada superior para o qual o

quadro deve ser entregue (ex.: PPP-LCP, IP, IPCP, etc)

Page 45: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-45

Quadro de Dados do PPP

info: dados da camada superior que estão sendo transportados

verificação (check): código de redundância cíclica para verificação de erros

Page 46: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-46

ATM e MPLS

ATM e MPLS são redes separadas com tudo o que têm direito! modelos de serviços, endereçamento e

roteamento diferentes dos usados na Internet vistos pela Internet como sendo um enlace

lógico interconectando roteadores IPda mesma forma que um enlace discado é na

verdade parte de uma rede separada (a telefônica)

Page 47: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-47

ATM: Asynchronous Transfer Mode

padrão de alta velocidade dos anos 1990’s/00 (155Mbps a 622 Mbps e superiores) arquitetura da RDSI-FL (Broadband Integrated Service Digital Network)

Objetivo: transporte fim-a-fim integrado para voz, vídeo e dados atendendo os requisitos de sincronismo e QoS para

voz e vídeo (versus o modelo de melhor esforço da Internet)

“próxima geração” da telefonia: raízes técnicas no mundo da telefonia

Comutação de pacotes (pacotes de comprimento fixos, denominados de “células”) usando circuitos virtuais

Page 48: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-48

Arquitetura ATM

camada de adaptação: apenas nas bordas de uma rede ATM segmentação e remontagem dos dados analogia com a camada de transporte da Internet

camada ATM: camada de “rede” comutação de células, roteamento

camada física

Page 49: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-49

ATM: camada de rede ou de enlace?

Visão: transporte fim-a-fim: “ATM entre mesas de trabalho”ATM é uma

tecnologia de redeRealidade: usada para

conectar roteadores de um backbone IP“IP sobre ATM”ATM como uma

camada de enlace comutada, conectando roteadores IP

redeATM

redeIP

Page 50: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-50

X.25 e Frame Relay

Tecnologias de Longa Distância (como ATM); também, ambos orientados a Circuito Virtual, como ATM

X.25 foi criado nos anos 70, com o apoio das Operadoras de Telecomunicações, como resposta à tecnologia de datagrama da ARPANET (guerra religiosa.)

Frame Relay surgiu da tecnologia RDSI (no final dos anos 80)

Tanto X.25 como Frame Relay podem ser usados para transportar datagramas IP; por isto, são vistos como Camadas de Enlace pela camada de protocolo IP (e, portanto, são tratados aqui neste capítulo)

Page 51: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-51

MultiProtocol Label Switching (MPLS)

Comutação de rótulos multiprotocolo Objetivo inicial: acelerar o encaminhamento IP através

do uso de rótulo de comprimento fixo (ao invés de endereço IP) empresta idéias da abordagem de circuitos virtuais

(CVs) mas os datagramas ainda mantêm o endereço IP!

cabeçalhoPPP ou Ethernet

cabeçalhoIP restante do quadro

CabeçalhoMPLS

rótulo (label) Exp S TTL

20 3 1 5

Page 52: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-52

Redes Sem Fio e Móveis

Page 53: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-53

Elementos de uma rede sem fio

Infra-estrutura da rede

Hosts sem fio laptop, PDA, IP phone Rodam Aplicações podem ser móveis ou

não “sem fio” nem

sempre significa mobilidade

Page 54: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-54

Elementos de uma rede sem fio

Infra-estruturada rede

estação base Tipicamente conectada

a uma rede c/ fio Responsável pela

comunicação entre os hosts móveis da sua área e os hosts das redes infra-estruturadas

e.g., cell towers e 802.11 access points

Page 55: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-55

Elementos de uma rede sem fio

Infra-estruturada rede

enlace sem fio usado para conectar os

disp. móveis às estações base

Usado como enlace de backbone

Controlado por protocolos de múltiplo acesso

Várias taxas de transmissão e distâncias máximas

Page 56: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-56

Elementos de uma rede sem fio

Infra-estrutura da rede

Modo Infra-estruturado

Estação base conecta os disp. móveis na rede com fio

handoff: disp. móvel muda de estação base, se conectando à nova rede com fio

Page 57: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-57

Elementos de uma rede sem fio

Modo Ad hoc não existem estações base nós podem transmitir para

outros somente dentro de uma determinada cobertura

nós se organizam em uma rede e o roteamento só pode ser feito entre eles

Page 58: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-58

Características de enlaces sem fio

Diferenças para os enlaces com fio:

Decremento na potência do sinal: sinais de rádio se atenuam ao longo do caminho (path loss)

Interferência de outras fontes: freqüências padronizadas para redes sem fio (por ex. 2.4 GHz) são compartilhadas por outros disp. (por ex., telefone); motores também interferem

Propagação multipath: sinal de rádio reflete em obstáculos terrestres, chegando no destino com pequenas diferenças de tempo

Faz da comunicação sobre um enlace sem fio (mesmo um ponto a ponto) muito mais difícil

Page 59: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-59

Características das redes sem fio

A existência de múltiplos transmissores e receptores sem fio cria problemas adicionais, que vão além do múltiplo acesso:

AB

C

Probl. terminal escondido B, A escutam um ao outro B, C escutam um ao outro A, C não podem escutar um ao

outro A e C não podem prever uma interf. em C

A B C

A’s signalstrength

space

C’s signalstrength

Atenuação do sinal: B, A escutam um ao outro B, C escutam um ao outro A, C não podem escutar um ao outro interf. em C

Page 60: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-60

IEEE 802.11 Wireless LAN

802.11b 2.4-5 GHz unlicensed

radio spectrum up to 11 Mbps direct sequence

spread spectrum (DSSS) in physical layer

• all hosts use same chipping code

widely deployed, using base stations

802.11a 5-6 GHz range up to 54 Mbps

802.11g 2.4-5 GHz range up to 54 Mbps

All use CSMA/CA for multiple access

All have base-station and ad-hoc network versions

Page 61: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-61

IEEE 802.11 LAN - arquitetura

Um host sem fio se comunica com a estação base estação base = access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(“célula”): no modo infra-

estruturado contém:

• Hosts sem fio• access point (AP):

estação base no modo ad hoc:

somente hosts sem fio

BSS 1

BSS 2

Internet

hub, switchou roteadorAP

AP

Page 62: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-62

IEEE 802.11: múltiplo acesso

Evita colisões (CSMA/CA) (Collision Avoidance) dois ou mais nós transmitindo ao mesmo tempo

802.11: CSMA – “escuta” o meio antes de transmitir para não colidir com outras transmissões em andamento

802.11: não realiza detecção de colisão! Dificuldade de receber (“escutar” colisões) quando está

transmitindo devido à fraqueza dos sinais recebidos (fading) Não pode escutar todas as colisões: terminal escondido, fading

AB

CA B C

força dosinal de A

espaço

força dosinal de C

Page 63: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-63

IEEE 802.11: Evitando colisões

idéia: permitir ao emissor reservar o canal ao invés de realizar um acesso aleatório dos quadros, evitando colisões de quadros longos

Emissor primeiramente envia pequenos pacotes de controle request-to-send (RTS) para o AP usando o CSMA, mas que é ouvido por todas as estações ao seu alcance (inclusive o AP) Obs: os pacotes RTS podem ainda colidir uns com os

outros, mas como eles são pequenos, não causam longos atrasos

AP envia um pct clear-to-send (CTS) para todas as estações que estão ao seu alcance, em resposta ao RTS

Emissor transmite o quadro de dados Outras estações bloqueiam suas transmissões

Evita completamente as colisões de quadros de dados usando pequenos pcts de reserva!

Page 64: 5: Camada de Enlace 5a-1 A Camada de Enlace de Dados Objetivos: Entender os princípios por trás dos serviços da camada de enlace de dados: detecção e correção

5: Camada de Enlace 5a-64

Evitando Colisões: troca de RTS-CTS

APA B

tempo

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

Colisão de RTSs

bloqueio